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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI
UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Y
APLICADAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA
TESIS DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO ELECTROMECÁNICO
TEMA:
AUTOR:
WILSON IVÁN TOCTE CHACHA
DIRECTOR:
ING. VICENTE JAVIER QUISPE TOAPANTA
ASESOR METODOLÓGICO:
DR. BOLIVAR VACA
LATACUNGA – ECUADOR
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE
GENERACIÓN ELÉCTRICO HIBRIDO, MEDIANTE EL USO DE
ENERGÍAS SOLAR-EÓLICA, PARA LA EXTRACCIÓN DE AGUA
SUBTERRÁNEA PARA EL ABREVADERO DE LA VILLA
TOTORAS, COMUNA WINTZA, CANTÓN LATACUNGA AÑO 2014.”
II
COORDINACIÓN TRABAJO DE GRADO
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE GRADO
En calidad de Miembros del Tribunal de Grado aprueban el presente Informe de
Investigación de acuerdo a las disposiciones reglamentarias emitidas por la
Universidad Técnica de Cotopaxi y por la Unidad Académica de Ciencias de la
Ingeniería y Aplicadas; por cuanto, el postulante:
Wilson Iván Tocte Chacha
Con la tesis, cuyo título es: “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN
SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICO HIBRIDO, MEDIANTE EL USO
DE ENERGÍAS SOLAR-EÓLICA, PARA LA EXTRACCIÓN DE AGUA
SUBTERRÁNEA PARA EL ABREVADERO DE LA VILLA TOTORAS,
COMUNA WINTZA, CANTÓN LATACUNGA, AÑO 2014”
Ha considerado las recomendaciones emitidas oportunamente y reúne los méritos
suficientes para ser sometidos al Acto de Defensa de Tesis en la fecha y hora
señalada.
Por lo antes expuesto, se autoriza realizar los empastados correspondientes, según
la normativa institucional.
Latacunga, 11 de mayo de 2015
Para constancia firman:
____________________________ ING.EDWIN MOREANO
PRESIDENTE
___________________________ DR. GALO TERAN.
MIEMBRO
_______________________________
ING. CRISTIAN GALLARDO.
OPOSITOR
__________________________________
ING.VICENTE QUISPE
TUTOR (DIRECTOR)
III
COORDINACIÓN TRABAJO DE GRADO
AUTORÍA
Yo Wilson Iván Tocte Chacha, declaró bajo juramento que el presente trabajo de
investigación “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE
GENERACIÓN ELÉCTRICO HIBRIDO, MEDIANTE EL USO DE
ENERGÍAS SOLAR-EÓLICA, PARA LA EXTRACCIÓN DE AGUA
SUBTERRÁNEA PARA EL ABREVADERO DE LA VILLA TOTORAS,
COMUNA WINTZA, CANTÓN LATACUNGA, AÑO 2014”; como también los
contenidos, ideas, análisis, conclusiones y propuesta son de exclusiva
responsabilidad del autor.
............................................................
Wilson Iván Tocte Chacha.
C.I.: 050345345-8
IV
COORDINACIÓN TRABAJO DE GRADO
AVAL DEL DIRECTOR
En calidad de Director de Trabajo de Investigación sobre el tema:
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN
ELÉCTRICO HIBRIDO, MEDIANTE EL USO DE ENERGÍAS SOLAR-
EÓLICA, PARA LA EXTRACCIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA PARA EL
ABREVADERO DE LA VILLA TOTORAS, COMUNA WINTZA, CANTÓN
LATACUNGA, AÑO 2014 ”; de Wilson Iván Tocte Chacha., egresado de la
carrera de Ingeniería Electromecánica, considero que dicho informe investigativo
cumple con los requerimientos Metodológicos y aportes Científico – Técnicos
suficientes para ser sometida a la evaluación del Tribunal de grado, que el
Honorable Consejo Académico de la Unidad de Ciencias de la Ingeniería y
Aplicadas de la Universidad Técnica de Cotopaxi designe, para su
correspondiente estudio y calificación.
Latacunga, 11 de Mayo del 2015
……………………………………...
Ing. Vicente Javier Quispe Toapanta
DIRECTOR DE TESIS
V
COORDINACIÓN TRABAJO DE GRADO
AVAL DEL ASESOR METODOLÓGICO
En calidad de asesor metodológico del Trabajo de Investigación sobre el tema:
“DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN
ELÉCTRICO HIBRIDO, MEDIANTE EL USO DE ENERGÍAS SOLAR-
EÓLICA, PARA LA EXTRACCIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA PARA EL
ABREVADERO DE LA VILLA TOTORAS, COMUNA WINTZA, CANTÓN
LATACUNGA, AÑO 2014 ”; de Wilson Iván Tocte Chacha., egresado de la
carrera de Ingeniería Electromecánica, considero que dicho informe investigativo
cumple con los requerimientos Metodológicos y aportes Científico – Técnicos
suficientes para ser sometida a la evaluación del Tribunal de grado, que el
Honorable Consejo Académico de la Unidad de Ciencias de la Ingeniería y
Aplicadas de la Universidad Técnica de Cotopaxi designe, para su
correspondiente estudio y calificación.
Latacunga, 11 de Mayo de 2015
……………………………………...
Dr. Bolívar Ricardo Vaca Peñaherrera.
ASESOR METODOLÓGICO
VI
CERTIFICADO DEL PROPIETARIO DEL PREDIO “VILLA
TOTORAS” PARROQUIA TOACASO, CANTÓN
LATACUNGA
Señor William Patricio Venegas Marcalla propietario del predio rural “villa
totoras”, Identificado con cedula de identidad N° 050280549-2, Gerente General
del almacén agro insumos “TECNIAGRO”
CERTIFICÓ: que el señor Wilson Iván Tocte Chacha portador de la cedula de
identidad N° 050345345-8, realizó el “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN
SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICO HIBRIDO, MEDIANTE EL USO
DE ENERGÍAS SOLAR-EÓLICA, PARA LA EXTRACCIÓN DE AGUA
SUBTERRÁNEA PARA EL ABREVADERO DE LA VILLA TOTORAS,
COMUNA WINTZA, CANTÓN LATACUNGA AÑO 2014.” Y que dicho
sistema está en funcionamiento desde el septiembre del 2014 hasta la presente
fecha.
Es todo cuanto puedo certificar en honor a la verdad, facultando al interesado
hacer el uso del presente en la forma que estime conveniente a sus intereses,
siempre y cuando se use en forma legal.
Emito esta certificación el mes de Mayo del 2015.
-----------------------------------
C.I.: 05280549-2
William Patricio Venegas Marcalla
VII
AGRADECIMIENTO
En todo momento fue mi fortaleza para continuar
luchando día tras día por la consecución de mi
objetivo, por eso mi mayor agradecimiento es para
Dios, el ser supremo que me brindó su apoyo en todo
instante.
A mis padres y hermanos/as por su amor, esperanza,
paciencia y capacidad de sacrificios demostrados
desde siempre, por ser el pilar fundamental para el
logro de una meta más de mi Carrera Profesional.
A las autoridades y docentes de la Universidad
Técnica de Cotopaxi, de manera especial al Ing.
Vicente Quispe por los conocimientos impartidos, eso
permitió culminar con éxito mi trabajo investigación.
Finalmente un agradecimiento a todos mis
compañeros y amigos quienes durante todo este
tiempo de estudio supieron demostrar su
compañerismo y lealtad en el transcurso de mi
carrera.
VIII
DEDICATORIA
Lo dedico a ti DIOS que me diste la oportunidad de
vivir y regalarme una familia maravillosa.
Con mucho cariño principalmente a mis padres Eliseo
y María que han estado conmigo en todo momento
apoyándome con su enseñanza, amor y sacrificio que
han sido el motor de mi vida, dándome las bases para
formar de un carácter fuerte, humilde y perseverante,
quienes a través de su esfuerzo y trabajo me dieron
una oportunidad de tener una carrera para mi futuro
y supieron inculcar en mí el deseo de superación,
brindándome toda su paciencia, gracias por todo,
gracias por creer en mí.
Wilson Iván Tocte Chacha.
IX
INDICE
APROBACION DEL TRIBUNAL DE GRADO ................................................... II
AUTORÍA ............................................................................................................... II
AVAL DEL DIRECTOR ...................................................................................... IV
AVAL DEL ASESOR METODOLOGICO ........................................................... V
CERTIFICADO DEL PROPIETARIO DEL PREDIO “VILLA TOTORAS” ... VI
AGRADECIMIENTO ......................................................................................... VII
DEDICATORIA ................................................................................................. VIII
INDICE ................................................................................................................. IX
RESUMEN ....................................................................................................... XVIII
ABSTRACT ....................................................................................................... XIX
AVAL DE TRADUCCIÓN ................................................................................. XX
INTRODUCCIÓN ............................................................................................. XXI
CAPITULO I
1.1 MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 1
1.1.1 Antecedentes. ................................................................................................ 1
1.1.2 Energías renovables en el Ecuador ............................................................... 2
1.1.3 Las distintas fuentes de energías renovables ................................................. 3
1.2 Energía solar..................................................................................................... 4
1.2.1 Descripción del recurso solar en el ecuador .................................................. 4
1.2.2 Energía solar fotovoltaica. ............................................................................ 6
1.2.3 El efecto fotovoltaico .................................................................................... 6
1.2.4 Tipos de células fotovoltaicas ....................................................................... 7
1.2.5 Componentes de paneles fotovoltaicos ......................................................... 7
1.2.6 Características Eléctricas de un Módulo Fotovoltaico .................................. 9
X
1.2.7 Inclinación de los paneles. ............................................................................ 9
1.2.8 Cálculo del generador fotovoltaico. ............................................................ 10
1.2.8.1 Estimación de pérdidas. ........................................................................... 11
1.2.8.2 Dimensionamiento de Paneles Solares..................................................... 12
1.2.9 Instrumento para medir la radiación solar ................................................... 13
1.3 Energía eólica ................................................................................................. 15
1.3.1 Descripción del recurso eólico en el ecuador .............................................. 15
1.3.2 Aerogenerador ............................................................................................. 17
1.3.2.1 Funcionamiento ........................................................................................ 17
1.3.2.2 Partes ........................................................................................................ 18
1.3.3 Calculo del aerogenerador........................................................................... 20
1.3.4 Instrumento utilizado para medir la velocidad del viento ........................... 24
1.3.4.1 Anemómetro (weatherwise WS-2080) ..................................................... 25
1.4 Sistemas híbridos ........................................................................................... 26
1.4.1 Sistema hibrido eólico-fotovoltaico ............................................................ 26
1.4.1.1 Esquema de la instalación sistema hibrido............................................... 26
1.4.2 Componentes de un sistema hibrido ........................................................... 27
1.4.2.1 Controlador de carga ................................................................................ 27
1.4.2.1.1 Dimensionamiento del Controlador. ..................................................... 28
1.4.2.2 Baterías ..................................................................................................... 28
1.4.2.2.1 Dimensionamiento del acumulado ........................................................ 28
1.4.2.3 Inversores ................................................................................................. 29
1.4.2.3.1 Dimensionamiento del Inversor. ........................................................... 30
1.4.2.4 Dimensionamiento de los Conductores. ................................................... 30
1.4.2.4.1 Conductores AWG normalizados. ........................................................ 31
1.4.3 Aplicaciones del sistema hibrido ................................................................ 33
1.4.4 Sistemas centralizados conectados a la red ................................................. 33
1.4.5 Sistemas centralizados aislados de la red .................................................... 33
1.4.5.1 Sistema de bombeo de agua con energía fotovoltaico ............................. 33
1.4.5.1.1 Selección de la bomba ........................................................................... 34
1.4.5.1.2 Bomba hidráulica .................................................................................. 35
1.4.5.1.3 Bombas centrifugas ............................................................................... 36
1.4.5.1.4 Captación del agua subterránea ............................................................. 36
1.4.6 Ventajas y desventajas de los sistemas híbridos ......................................... 38
1.5 Datos generales de la parroquia "TOACASO" .............................................. 38
1.5.1 Ubicación geográfica parroquia Toacaso .................................................... 40
1.5.2 Sistema de Posicionamiento Global. (GPS satelital) .................................. 40
XI
CAPÍTULO II
2.1 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ............................. 42
2.2 Diseño de la investigación ............................................................................. 42
2.2.1 Metodología ................................................................................................ 42
2.2.2 Métodos de investigación ............................................................................ 42
2.2.3 Técnicas....................................................................................................... 43
2.2.4 Nivel de investigación ................................................................................. 43
2.2.5 Población y muestra .................................................................................... 43
2.3 Instrumentos de recolección de datos. ........................................................... 44
2.3.1 Estación Meteorológica Anemómetro (Ambient Weather WS-2080). ....... 44
2.3.2 Estación meteorológica Piranómetro (Solar Power Meter SP- 216) ........... 45
2.4 Estudio solar en la zona.................................................................................. 46
2.4.1 Promedio de radiación solar al año ............................................................. 51
2.5 Estudio eólico en la zona ............................................................................... 52
2.5.1 Promedio anual de velocidad de viento. ..................................................... 64
2.6 Estimación del consumo de agua en la Villa Totoras .................................... 65
2.7 Hipótesis ......................................................................................................... 66
CAPITULO III
3.1 PROPUESTA ................................................................................................. 67
3.1.1 Desarrollo de la propuesta ........................................................................... 67
3.1.2 Datos Informativos. ..................................................................................... 67
3.1.3 Justificación................................................................................................. 67
3.1.4 Objetivos ..................................................................................................... 68
3.1.4.1 Objetivo General ...................................................................................... 68
3.1.4.2 Objetivos específicos: .............................................................................. 69
3.2 Análisis de factibilidad ................................................................................... 69
3.3 Diseño y dimensionamiento del sistema de captación de energía solar. ........ 70
3.3.1 Cálculo de la Energía Requerida del Sistema o Demanda Energética. ....... 70
3.3.2 Estimación de pérdidas. .............................................................................. 71
3.3.3 Rendimiento global de la instalación fotovoltaica. ..................................... 72
3.3.4 Dimensionamiento de los paneles. .............................................................. 72
3.3.5 Dimensionamiento del Sistema de Acumulación. ...................................... 73
XII
3.3.6 Dimensionamiento del Inversor. ................................................................. 74
3.3.7 Dimensionamiento del Regulador (controlador). ........................................ 74
3.3.8 Dimensionamiento de los Conductores. ...................................................... 74
3.4 Diseño y dimensionamiento del sistema de captación de energía eólica. ...... 76
3.4.1 Promedio de Velocidad Total del Viento para la altura final a instalarse. .. 76
3.4.2 Dimensionamiento del aerogenerador......................................................... 78
3.4.3 Análisis de los cálculos del sistema. ........................................................... 79
3.4.4 Diseño del diagrama unifilar del sistema hibrido ....................................... 80
3.4.5 Listado de Equipos y sus características técnicas del sistema hibrido. ....... 81
3.4.5.1 Turbina de Viento ALEKO FDH400-12/CC. .......................................... 81
3.4.5.1.1 Especificaciones técnicas del aerogenerador ........................................ 81
3.4.5.2 Modulo Solar RENOGY RNG-100D ...................................................... 82
3.4.5.2.1 Especificaciones técnicas del módulo solar .......................................... 83
3.4.5.3 Controlador Solar PROSTAR (30A) ....................................................... 84
3.4.5.3.1 Características técnicas del Controlador ProStar (30A) ....................... 85
3.4.5.4 Especificaciones del Inversor WHISTLER (1600W/3200W). ................ 85
3.4.5.5 Especificaciones de la batería (30H102L) ............................................... 87
3.4.6 Pruebas de funcionamiento de los generadores (eólico-solar). ................... 88
3.4.7 Instalación del Sistema solar ....................................................................... 88
3.4.8 Instalación del sistema eólico..................................................................... 90
3.4.9 Instalación del Banco de Baterías. .............................................................. 91
3.4.10 Prueba de generación eléctrica instalada................................................... 92
3.4.11 Costo Económico del Proyecto. ................................................................ 94
3.5 CONCLUSIONES ......................................................................................... 96
3.6 RECOMENDACIONES ................................................................................ 97
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 98
ANEXOS ............................................................................................................ 100
XIII
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1.1: ATLAS de Insolación Global Anual Prom. CIE, Agosto del 2008. 5
FIGURA 1.2: Esquema del efecto FV ................................................................... 7
FIGURA 1.3: Paneles solares y sus principales componentes............................... 8
FIGURA 1.4: Factor geométrico de una instalación física de un panel ................ 9
FIGURA 1.5: Angulo de inclinación de un modulo ............................................ 10
FIGURA 1.6: Modelos de pirómetro (Solar Power Meter SP- 216) ................... 14
FIGURA 1.7: La disposición de la pantalla. ........................................................ 14
FIGURA 1.8: La disposición de los botones ....................................................... 14
FIGURA 1.9: Zona 3 (Chimborazo, Tungurahua, Pastaza, Cotopaxi); Velocidad
Media Anual del Viento a 80 m de Altura sobre el Suelo. ................................... 16
FIGURA 1.10: Aerogeneradores de eje horizontal y de eje vertical. .................. 17
FIGURA 1.11: Grandes Aerogeneradores y sus partes. ...................................... 18
FIGURA 1.12: Área de barrido por las aspas del rotor ....................................... 21
FIGURA 1.13: Estación meteorológico Ambient Weather WS-2080 Wireless. . 25
FIGURA 1.14: Esquema de un sistema híbrido eólico-solar ............................... 27
FIGURA 1.15: Baterías del tipo plomo acido...................................................... 28
FIGURA 1.16: Componentes y operación de un sistema fotovoltaico de bombeo.
............................................................................................................................... 34
FIGURA 1.17: Altura dinámica total y el volumen diario requerido según tipo de
bomba recomendado. ............................................................................................ 34
FIGURA 1.18: Esquema de una bomba centrífuga superficial ........................... 36
FIGURA 1.19: Captación del agua subterránea................................................... 36
FIGURA 1.20: Ubicación geográfica de la parroquia Toacaso. .......................... 40
FIGURA 1.21: Toma de datos con GPS satelital (longitud, altitud, altura) ........ 41
XIV
FIGURA 2.1: Software de control del sistema de la estación meteorológica...... 44
FIGURA 2.2: Registro de datos en Microsoft Excel ........................................... 46
FIGURA 2.3: Promedio durante el mes de Enero. .............................................. 47
FIGURA 2.4: Insolación global ........................................................................... 50
FIGURA 2.5: Promedio de heliofania de estaciones en Cotopaxi (2009; 2010). 50
FIGURA 2.6: Insolación total del año 2014 en la comuna Wintza. .................... 52
FIGURA 2.7: Velocidad de viento mes de SEPTIEMBRE del 2013 .................. 52
FIGURA 2.8: Dirección del viento ...................................................................... 53
FIGURA 2.9: Velocidad de viento mes de OCTUBRE del 2013. ....................... 53
FIGURA 2.10: Dirección del viento .................................................................... 54
FIGURA 2.11: Velocidad de viento mes de NOVIEMBRE del 2013. ............... 54
FIGURA 2.12: Dirección del viento .................................................................... 55
FIGURA 2.13: Velocidad de viento mes de DICIEMBRE del 2013. ................. 55
FIGURA 2.14: Dirección del viento .................................................................... 56
FIGURA 2.15: Velocidad de viento mes de ENERO del 2014. .......................... 56
FIGURA 2.16: Dirección del viento .................................................................... 57
FIGURA 2.17: Velocidad de viento mes de FEBRERO del 2014. ..................... 57
FIGURA 2.18: Dirección del viento. ................................................................... 58
FIGURA 2.19: Velocidad de viento mes de MARZO del 2014. ......................... 58
FIGURA 2.20: Dirección del viento. ................................................................... 59
FIGURA 2.21: Velocidad de viento mes de ABRIL del 2014. ........................... 59
FIGURA 2.22: Dirección del viento. ................................................................... 60
FIGURA 2.23: Velocidad de viento mes de MAYO del 2014. ........................... 60
FIGURA 2.24: Dirección del viento. ................................................................... 61
XV
FIGURA 2.25: Velocidad de viento mes de JUNIO del 2014. ............................ 61
FIGURA 2.26: Dirección del viento. ................................................................... 62
FIGURA 2.27: Velocidad de viento mes de JULIO del 2014. ............................ 62
FIGURA 2.28: Dirección del viento. ................................................................... 63
FIGURA 2.29: Velocidad de viento mes de AGOSTO del 2014. ....................... 63
FIGURA 2.30: Dirección del viento. ................................................................... 64
FIGURA 2.31: Promedio anual de velocidad de viento ...................................... 65
FIGURA 3.2: Curva de poder potencia vs velocidad .......................................... 82
FIGURA 3.3: Panel solar RENOGY RNG-100D ................................................ 82
FIGURA 3.4: Controlador solar PROSTAR ....................................................... 84
FIGURA 3.5: Inversor WHISTLER PRO (1600W) ............................................ 85
FIGURA 3.6: Conexión eléctrica de los paneles ................................................. 89
FIGURA 3.7: Aseguramiento de los módulos ..................................................... 90
FIGURA 3.8: Levantamiento del poste de hormigón. ......................................... 91
FIGURA 3.9: Consumo de potencia vs días. ....................................................... 93
FIGURA 3.10: Promedio del caudal extraído al día. ........................................... 94
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1: Objetivo de energías renovables en 2015, (MEER). ............................ 1
Tabla 1.2: Capacidad efectiva en generación (balance nacional de energía
eléctrica del CONELEC)......................................................................................... 2
Tabla 1.3: Demanda energética cargas DC .......................................................... 10
Tabla 1.4: Demanda energética cargas AC. ......................................................... 11
Tabla 1.5: Potencial eólico estimado en la provincia de Cotopaxi ...................... 17
XVI
Tabla 1.6: Clases y de longitudes de rugosidad ................................................... 22
Tabla 1.7: Caídas de tensión de los conductores entre componentes. ................. 30
Tabla 1.8: Tabla de valores según Electrocables. ................................................ 32
Tabla 1.9: Valores normalizados cables A.W.G .................................................. 32
Tabla 1.10: Datos de GPS obtenidos en la villa totoras ....................................... 41
Tabla 2.1: Tabulación de datos de velocidad de viento y dirección del viento ... 45
Tabla 2.2: Datos del mes de Enero del 2014........................................................ 46
Tabla 2.3: Datos obtenidos durante el mes de Febrero del 2014. ........................ 48
Tabla 2.4: Insolación global anual promedio (CONELEC) para la zona de
Cotopaxi. ............................................................................................................... 49
Tabla 2.5: Promedio global de datos meteorológicos del año 2014. ................... 51
Tabla 2.6: Promedio anual de velocidad de viento. ............................................. 64
Tabla 2.7: Promedio actual de consumo de agua mes de julio 2014. ................. 66
Tabla 3.1: Coeficiente de pérdidas del sistema .................................................... 71
Tabla 3.2: Datos para dimensionamiento de paneles. .......................................... 72
Tabla 3.3: Caídas de tensión en conductores. ...................................................... 76
Tabla 3.4: Datos para el cálculo del promedio..................................................... 77
Tabla 3.5: Especificaciones técnicas del aerogenerador ...................................... 81
Tabla 3.6: Especificaciones técnicas del módulo solar. ....................................... 83
Tabla 3.7: Puntos de ajuste de las baterías (a 25ºc) ............................................. 85
Tabla 3.8: Especificaciones eléctricas del Controlador ProStar (30A) ................ 85
Tabla 3.9: Especificaciones técnicas del inversor Pro-1600W ............................ 87
Tabla 3.10: Especificaciones técnicas batería (30H102L). .................................. 87
Tabla 3.11: Valores obtenidos en generación. ..................................................... 92
Tabla 3.12: Datos de valores de consumo por día. .............................................. 93
XVII
Tabla 3.13: Caudal promedio por días ................................................................. 93
Tabla 3.14: Costo económico del sistema hibrido. .............................................. 94
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO A: Especificaciones Técnicas Estación Meteorológica ANEMÓMETRO
Ambient Weather WS-2080…………………………………………………….100
ANEXO B: Especificaciones Técnicas de Estación meteorológica
PIRANÓMETRO Solar Power Meter SP- 216…………………………………101
ANEXO C: Instalación y toma de datos con estaciones meteorológicas………102
ANEXO D: valores de heliofania en la estación meteorológica de COTOPAXI-
CLIRSEN….. …………………………………………………………………..103
ANEXO E: Promedios de datos de velocidad de viento y dirección registrada en
la comunidad de Wintza………………………………………………………...104
ANEXO F: Pruebas de funcionamiento del sistema hibrido…….. ……………116
ANEXO G: Instalación del sistema solar... …………………………………...117
ANEXO H: Instalación del sistema eólico. …………………………………...118
NEXO I: Instalación de banco de baterías …………………………………...120
ANEXO J: Producción de animales en la villa totoras…... …………………...121
ANEXO K: Plano del diagrama eléctrico de control y potencia… ……………122
ANEXO L: Plano del diseño del sistema solar…... …………………….……..123
ANEXO M: Plano del diseño del sistema eólico... …………………………...124
ANEXO N: Plano del Sistema hibrido instalado…. …………………………...125
ANEXO O: Manual de instalación, operación y mantenimiento del
aerogenerador……… …………………………………………………………..126
ANEXO P: Manual de instalación, operación y mantenimiento del módulo
fotovoltaico… …………………………………………………………………..136
XVIII
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI
UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Y
APLICADAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA
RESUMEN
La presente investigación tiene como propósito diseñar e implementar un sistema
de generación eléctrico hibrido, mediante el uso de energías renovables solar-
eólica, utilizados para cubrir la demanda energética que requiere la Villa Totoras,
garantizando un servicio eléctrico continuo de calidad. El mismo que en su
contenido científico está estructurada en base a una sólida fundamentación teórica,
así como la planificación y utilización correcta de los métodos y técnicas respecto
a la generación limpia de electricidad, para la ejecución del proyecto fue
indispensable el manejo de equipos meteorológicos para el monitoreo temporal de
la radiación solar y la velocidad del viento en la zona, de esta forma tener
mediciones confiables que permitieron analizar las características que brinda el
lugar y se diseñó un sistema hibrido que cumple con todos los requerimientos
técnicos en su instalación. La implementación se inició en base a los generadores
solar-eólico existentes, por otro lado se dispone de un banco de baterías el cual
permite cubrir los días de autonomía de instalación, al igual que el inversor
permite transformar el voltaje continuo en voltaje alterno y por último la bomba
que permite extraer agua subterráneo. En el transcurso del desarrollo de tesis se
describen el resto de componentes utilizados en el sistema, mismo que cuenta con
cuatro paneles solares de 100 vatios cada uno, un aerogenerador de 400 vatios
instalado a 15m de altura con poste de hormigón, un controlador de carga de 30A,
tres baterías de 100Ah cada uno, un inversor de 1600 a 3200 vatios, una bomba de
agua de 746 vatios, que interactúan en su estructura y funcionamiento para
producir 900 vatios; suficientes para mantener los abrevaderos llenos.
Palabras claves: Generación eléctrica hibrido, energías renovables.
XIX
TECHNICAL UNIVERSITY OF COTOPAXI
ACADEMIC UNIT OF SCIENCE IN ENGINEERING AND APPLIED
ENGINEERING IN ELECTROMECHANICAL
ABSTRACT
This research has as a purpose design and implement a system of hybrid electric
generation by using renewable energies Solar-Wind, using to cover the energy
demand that requires the Villa Totoras, ensuring a continuous electrical service
quality. The same that its scientific content is structured on a solid theoretical
foundation based, as well as planning and the correct use of methods and
techniques regarding clean electricity generation, for the implementation of the
project was essential the use of weather systems equipment for temporary
monitoring of solar radiation and wind speed in the area, In this way it was
obtained measurements that helped analyze the features that offer the location and
it will design a hybrid system that has all technical requirements. The
implementation was initiated in based of solar-wind generators, on the other hand
it has a battery bank which allows covering the days of installation, the same the
investor it helps to transform the direct voltage into alternating voltage and finally
to extract pump underground water. In the development the research it describes
the other components used in the system, same that has four solar panels 100w
each, a 400w wind turbine installed at 15m height with concrete post, a charge
controller 30A, three batteries of 100Ah each, investor 1600W to 3200W, pump
746W water, that interact in its structure and operation to produce 900W;
sufficient to keep the watering places filled.
XX
UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI
UNIDAD ACADÉMICA DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA Y
APLICADAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA
AVAL DE TRADUCCIÓN
Lic. Marcia Janeth Chiluisa Chiluisa con C.C 0502214307, En calidad de Docente
del Idioma Inglés del Centro Cultural de Idiomas de la Universidad Técnica de
Cotopaxi; en forma legal CERTIFICO que: La traducción del resumen de tesis al
Idioma Inglés presentado por el señor Wilson Iván Tocte Chacha con C.I.
050345345-8, Egresado de la Carrera Electromecánica de la Unidad Académica
Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas, con el tema: “DISEÑO E
IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICO
HIBRIDO, MEDIANTE EL USO DE ENERGÍAS SOLAR-EÓLICA, PARA LA
EXTRACCIÓN DE AGUA SUBTERRÁNEA PARA EL ABREVADERO DE
LA VILLA TOTORAS, COMUNA WINTZA, CANTÓN LATACUNGA, AÑO
2014”, lo realizó bajo mi supervisión y cumple con una correcta estructura
gramatical del Idioma.
Latacunga, 12 de Mayo del 2015
Docente,
……………………………………..
Lic. Marcia Janeth Chiluisa Chiluisa
DOCENTE CENTRO CULTURAL DE IDIOMAS
C.C. 0502214307
XXI
INTRODUCCIÓN
El estudio de tecnologías limpias permite el aprovechamiento de los recursos
renovables para satisfacer las necesidades energéticas requeridas en este proyecto,
disminuyendo los daños y la contaminación de nuestro medio ambiente
producidos por los métodos tradicionales de producción de energía eléctrica.
La utilización de estos recursos en el diseño de un sistema hibrido optimizan las
mejores condiciones para su uso tanto del viento como del sol, complementándose
entre sí. Por lo cual se presenta una descripción detallada de los tres capítulos
propuestos en el proyecto de tesis.
En el Capítulo I se establecen los fundamentos teóricos basados en las energías
renovables enfocados en energía solar-eólica, se describe el funcionamiento de los
componentes que conforman para la captación de esos recursos. Así como
también el análisis de las ecuaciones que usaremos para establecer y dimensionar
cada uno de los componentes que se utilizaremos.
En el Capítulo II se da a conocer los métodos y técnicas de investigación
estudiados y aplicados. Se procede a realizar tabulaciones y representaciones
gráficas de las diferentes mediciones realizadas en el lugar para el análisis e
interpretación de resultados que muestra cada uno de los meses.
Y por último en el Capítulo III, se plantea el desarrollo de la propuesta, es decir, el
diseño y dimensionamiento del sistema de captación solar-eólico en base a los
datos obtenidos en el anterior capitulo y equipos utilizados en la generación
eléctrica. Con la ejecución de las pruebas realizadas a cada uno de los equipos, se
establece las conclusiones y recomendaciones finales respecto al desarrollo del
proyecto. El trabajo concluye con la instalación y la adecuación de los
abrevaderos.
1
1 CAPITULO I
CAPITULO I
1.1 MARCO TEÓRICO
1.1.1 Antecedentes.
Según BARRAGAN ESCADON Antonio (edición 2012). En el Ecuador el
primer parque eólico, se inauguró en octubre del 2007 en la isla San Cristóbal del
Archipiélago de Galápagos, con una potencia instalada de 2,4 MW. Y se espera
que en 2010 esté en operación un segundo parque eólico ubicado en otra de las
islas del Archipiélago de Galápagos, proyecto Baltra – Santa Cruz, con una
potencia instalada de 3,2 MW. Dada la relevancia medioambiental del
Archipiélago de Galápagos, el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable
(MEER) de Ecuador, se ha establecido como meta satisfacer toda la demanda
eléctrica con energías renovables. Las expectativas de potencia instalada en
generación eólica para el 2015 como muestra la tabla 1.1 que perfila el MEER, se
encuentran entre los 40 y 50MW.
Es de indicar que en el 2009, se comenzó a desarrollar un mapa eólico (tech4cdm
2009), como primer paso para tener una herramienta apropiada para determinar
una aproximación del real potencial eólico en el país.
Tabla 1.1: Objetivo de energías renovables en 2015, (MEER).
EXPECTATIVAS 2015
Islas Galápagos Cero combustibles fósiles (electricidad)
Energía eólica: 40-50 MW
Solar térmica: 50.000 sistemas residenciales
2
Fuente:http://www.tech4cdm.com/uploads/documentos/documentos_La_Energia_Eolica
_en_Ecuador_fa0ef98a.pdf.
Autor: Postulante.
Según LEÓN REINOSO Edwin; TIGSE ANCHATIPÁN Wilson (2013
pag.161). En ecuador el presente proyecto de investigación tiene como propósito,
diseñar e instalar un sistema de captación de radiación solar para suplir de energía
a un emplazamiento de vivienda ubicada en Laguna de Rasococha, provincia del
Carchi, garantizando el servicio continuo de energía eléctrica, para cubrir las
necesidades domésticas y de iluminación de los beneficiados. La investigación y
factibilidad del proyecto se basan tanto en la geografía del lugar así como en el
impacto ambiental que éste pueda causar, debido a que la zona donde está ubicada
la vivienda es la Reserva Ecológica “El Ángel”, por ello el beneficio de usar
energías alternativas para la generación de electricidad, ya que favorecen a la
conservación del ecosistema. El sistema híbrido cuenta con una torre de 9m de
altura, un aerogenerador de 1000W, un controlador de 10A, un inversor de 1500 a
3000W, 4 baterías de 80Ah y 2 paneles solares de 100W, que interactúan en su
estructura y funcionamiento, para producir 1600W, los mismos que cumplen con
el objetivo planteado en el proyecto.
1.1.2 Energías renovables en el Ecuador
En cuanto a producción de electricidad según el CONELEC se resumen como se
puede observar en la tabla 1.2.
Tabla 1.2: Capacidad efectiva en generación (balance nacional de energía
eléctrica del CONELEC)
INFORMACIÓN ESTADÍSTICA SEPTIEMBRE 2013
Capacidad efectiva en generación MW %
Energía Hidráulica 2,236.62 44.06%
Solar FV-gran escala: 2-3 MW
Geotérmico Desarrollo mínimo: 2 proyectos
Biogás (rellenos sanitarios) 3-4 MW
3
Renovable Solar 1.08 0.02%
Eólica 19.56 0.39%
Turbo vapor 93.40 1.84%
Total Energía Renovable 2,350.66 46.30%
No
Renovable
MCI 1,297.95 25.57%
Turbo gas 973.90 19.18%
Turbo vapor 454.24 8.95%
Total Energía No Renovable 2,726.09 53.70%
Total Capacidad Instalada 5,076.75 100.00%
Fuente: http://www.conelec.gob.ec/contenido.php?cd=10261
Autor: Postulante.
1.1.3 Las distintas fuentes de energías renovables
Según MENDEZ NUÑIZ Javier María, RODRÍGUEZ RODRÍGUEZ Luis
Manuel (edición 2012). El sol es la fuente de energía de la tierra. Se recibe en
forma de radiación que retiene la atmosfera y permite que la tierra se mantenga a
una temperatura más o menos constante posibilitando que haya vida. El bienestar
y la solidaridad entre las generaciones presentes y futuras sólo se lograrán
impulsando el desarrollo sostenible en todos los ámbitos.
Dentro del marco de Las Energías Renovables se pueden destacar las que tienen
mayor desarrollo tecnológico como son:
Hidráulica.
Geotérmica.
Mareomotriz.
Biomasa.
Biocarburantes.
Solar (Térmica, Fotovoltaica)
Eólica
4
1.2 Energía solar
Según: SCHALLENBERG Julieta (edición 2008); El Sol, de forma directa o
indirecta, es el origen de todas las energías renovables, exceptuando la energía
mareomotriz y la geotérmica. La energía del Sol se desplaza a través del espacio
en forma de radiación electromagnética, llegando una parte de esta energía a la
atmósfera.
De esta energía que llega a la atmósfera, una parte es absorbida por la atmósfera y
por el suelo, y otra parte es reflejada directamente al espacio desde el suelo. Es
por esto por lo que menos de la mitad de la radiación solar llega efectivamente a
la superficie terrestre, siendo esta parte la que podemos utilizar con fines
energéticos en nuestro planeta.
La radiación solar llega a nuestro planeta de tres formas distintas:
Radiación directa: es la radiación que nos llega directamente del Sol; sin haber
incidido con nada por el camino y, por tanto, sin haberse desviado ni cambiado de
dirección. Esta radiación es la que produce las sombras. Es el tipo de radiación
predominante en un día soleado.
Radiación difusa: es la radiación que nos llega después de haber incidido con
cualquier elemento de la atmósfera (polvo, nubes, contaminantes, etc.), por lo que
ha cambiado de dirección. Es el tipo de radiación predominante en un día nublado.
Radiación reflejada o albedo: es la radiación reflejada por la superficie terrestre;
cobra importancia en las zonas con nieve, con agua (como cerca del mar o de una
presa) o cualquier otra zona donde la reflexión sea importante.
La radiación global: es la suma de la radiación directa y la radiación difusa.
1.2.1 Descripción del recurso solar en el ecuador
Según: IZQUIERDO T. Fernando (edición 2008). El Ecuador es un país con
características topográficas muy variadas, de gran diversidad climática y
condiciones únicas que le confieren un elevado potencial de energías renovables y
5
limpias, las cuales no pueden quedar al margen del Inventario de los Recursos
Energéticos para Producción Eléctrica. El diseño de políticas, estrategias y
medidas para incentivar el mayor uso de estas energías limpias que promuevan el
desarrollo especialmente en zonas rurales, se fundamenta en su cuantificación,
disponibilidad y distribución estacional en el territorio.
En ese sentido, la necesidad de contar con un documento técnico que cumpla con
esta exigencia a fin de impulsar el uso masivo de la energía solar como fuente
energética es lo que ha motivado al Consejo Nacional de Electricidad,
CONELEC, a presentar el “Atlas Solar del Ecuador con fines de Generación
Eléctrica” como se muestra en la figura 1.1, el cual ha sido elaborado por la
Corporación para la Investigación Energética, CIE. La cuantificación del potencial
solar disponible y con posibilidades de generación eléctrica, en base a mapas
mensuales de insolación directa, global y difusa y sus correspondientes isohelias,
con el fin de ubicar proyectos locales más específicos que permitan utilizar esta
tecnología para obtener calor y electricidad para diversas aplicaciones como
fabricar colectores térmicos y módulos fotovoltaicos.
Con la presentación del Atlas, se aspira que ésta contribución, se sume al
crecimiento y desarrollo económico y social del País.
FIGURA 1.1: ATLAS de Insolación Global Anual Prom. CIE, Agosto del 2008.
Fuente: CONELEC
Autor: Postulante.
6
1.2.2 Energía solar fotovoltaica.
Según: SCHALLENBERG Julieta, PIERNAVIEJA Gonzalo, HERNÁNDEZ
Carlos (edición 2008); La energía solar se puede transformar directamente en
electricidad mediante células fotovoltaicas. Este proceso se basa en la aplicación
del efecto fotovoltaico, que se produce al incidir la luz sobre unos materiales
denominados semiconductores; de esta manera se genera un flujo de electrones en
el interior del material que puede ser aprovechado para obtener energía eléctrica.
Un panel fotovoltaico, está constituido por varias células fotovoltaicas conectadas
entre sí y alojadas en un mismo marco. Las células fotovoltaicas se conectan en
serie, en paralelo o en serie-paralelo, en función de los valores de tensión e
intensidad deseados, formando los módulos fotovoltaicos.
Las instalaciones fotovoltaicas se caracterizan por:
Su simplicidad y fácil instalación.
Ser modulares.
la vida útil de los módulos fotovoltaicos es superior a 30 años).
No requerir apenas mantenimiento.
Tener una elevada fiabilidad.
No producir ningún tipo de contaminación ambiental.
Tener un funcionamiento totalmente silencioso.
1.2.3 El efecto fotovoltaico
El efecto fotovoltaico se produce cuando el material de la celda solar (silicio u
otro material semiconductor) absorbe parte de los fotones del sol. El fotón
absorbido libera a un electrón que se encuentra en el interior de la celda. Ambos
lados de la celda están conectados por un cable eléctrico como se ve en la figura
1.2, así es como se genera una corriente eléctrica.
7
FIGURA 1.2: Esquema del efecto FV
Fuente: http://www.energiasrenovableshoy.net/2011_09_01_archive.html
Autor: Postulante.
1.2.4 Tipos de células fotovoltaicas
Según MORO VALLINA Miguel (versión 2010); existen diferentes células
fotovoltaicas como son:
Silicio monocristalino: caracterizado por una disposición ordenada y periódica,
de forma que solo tiene una orientación cristalina, donde todos los átomos están
dispuestos simétricamente. Presenta un color azulado oscuro y con un cierto brillo
metálico. Alcanzan rendimientos de hasta el 17%.
Silicio policristalino: silicio depositado sobre otro sustrato, como una capa de10-
30 micrómetros y tamaño de grano entre 1 micrómetro y 1 mm. Las direcciones
de alineación van cambiando cada cierto tiempo durante el proceso de deposición.
Alcanzan rendimientos de hasta el 12%.
Silicio amorfo: compuesto hidrogenado de silicio, no cristalino, depositado sobre
otra sustancia con un espesor de 1 μm. Presentan un color marrón y gris oscuro.
Esta tecnología permite disponer de células de muy delgado espesor y fabricación
más simple y barata, aunque con eficiencia del 6-8%.
1.2.5 Componentes de paneles fotovoltaicos
Los módulos o paneles solares fotovoltaicos están conformados por un grupo de
celdas solares interconectadas entre sí y protegidas contra la intemperie, impactos
y corrosión. En la figura 1.3 se muestra el aspecto físico de un grupo de paneles
solares y sus partes principales.
8
FIGURA 1.3: Paneles solares y sus principales componentes
Fuente:http://sanviatordigital.iespana.es/enkateriak/imagenes/PanelesSolares.jpg.
Autor: Postulante.
Los principales elementos que lo conforman son los siguientes:
Encapsulante: Material que protege las celdas dentro del panel, debe presentar un
índice elevado de transmisión de la radiación y baja degradación por efecto de los
rayos solares.
Cubierta exterior de vidrio templado: Permite que el panel resista condiciones
climatológicas adversas y maximiza la transmisión luminosa, debe soportar
cambios bruscos de temperatura.
Cubierta posterior: Constituida normalmente por varias capas opacas que
reflejan la luz que ha pasado entre las células, haciendo que vuelva a incidir otra
vez sobre éstas.
Marco de metal: Se construye generalmente de aluminio lo que asegura rigidez y
estanqueidad al conjunto. En él se encuentran mecanismos que permiten el
montaje del panel sobre la estructura de soporte.
Caja de terminales: Incorpora los bornes para la conexión del módulo. En el cual
se encuentra en la mayoría de veces con conectores MC4.
Diodo de protección: Impide daños por sombras parciales en la superficie del
panel.
9
1.2.6 Características Eléctricas de un Módulo Fotovoltaico
Potencia de Pico (Wp): potencia suministrada por el módulo en condiciones
estándar STC (Radiación solar = 1000 W/m2; Temperatura = 25 °C; A.M. = 1,5).
Corriente nominal (A): corriente suministrada por el módulo en el punto de
trabajo, que se obtiene al cortocircuitar los terminales del panel hacia una carga.
Tensión nominal (V): tensión de trabajo del módulo, que se obtiene de dejar los
terminales del panel en circuito abierto (I=0).
A la hora de diseñar este tipo de instalaciones solares, es muy importante decidir
la orientación de los paneles ya que interesará que los paneles capten la mayor
cantidad de radiación solar posible, como se muestra en la figura 1.4. Esta
orientación puede ser impuesta por el emplazamiento donde vamos a instalar los
paneles, como es el caso de tejados con una cierta orientación, o libre si la
ubicación lo permite, como extensiones de terreno llanas.
FIGURA 1.4: Factor geométrico de una instalación física de un panel
Fuente: http://econotecnia.com/tutorial/2-geometria_instalacion.html
Autor: Postulante.
1.2.7 Inclinación de los paneles.
Otro punto importante para el diseño de estas instalaciones fotovoltaicas, es la
inclinación que deben tener los módulos para la captación de la mayor cantidad de
radiación solar. La inclinación de los módulos solares se define mediante el
ángulo de inclinación β, que es el ángulo que forma la superficie de los módulos
con el plano horizontal como se muestra en la figura 1.5. Su valor varía entre 15º
y 20º para módulos verticales u horizontales.
10
FIGURA 1.5: Angulo de inclinación de un modulo
Fuente: (FERNANDEZ SALGADO José 2010)
Autor: Postulante.
1.2.8 Cálculo del generador fotovoltaico.
Cálculo de la energía requerida del sistema o demanda energética. Para el cálculo
de la estimación del consumo diario de energía se debe hacer previamente una
tabla que contenga como mínimo los siguientes datos: nombre, cantidad y
potencia unitaria de los equipos, número de horas promedio diarias de utilización
y energía promedio diaria resultante en Wh, necesaria para la estimación de
energía total del sistema. La estimación de carga se hará para DC y AC.
Ecu. 1.1
En las cargas de DC se detallan los equipos que suelen utilizar voltaje continuo y
se calculará la energía total sumando el consumo de energía diaria de cada equipo
como se muestra en la Tabla 1.3
Tabla 1.3: Demanda energética cargas DC
equipo DC Voltaje potencia Cantidad horas de uso N energía Wh/d
equipo 1 V w N H w*N*h
total DC
Fuente:http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/2252/1/CD-2992.pdf).
Autor: Postulante.
En las cargas de AC, se debe realizar el mismo procedimiento que en la
estimación de carga de DC (subtotal), agregando un porcentaje de energía
adicional para tomar en cuenta el rendimiento del inversor (% consumo del
11
Inversor), como se muestra en la Tabla 1.4, para lo cual se utilizara la siguiente
ecuación:
Total = subtotal + (subtotal * % consumo del Inversor) Ecu. 1.2
Tabla 1.4: Demanda energética cargas AC.
Equipo AC Voltaje Potencia Cantidad horas de uso N Energía Wh/d
equipo 1 V w N H w*N*h
total AC
Fuente:http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/2252/1/CD-2992.pdf).
Autor: Postulante.
La demanda total del sistema se obtendrá con la suma de las demandas de energía
de AC y de DC.
Ecu. 1.3
Dónde:
ET = Demanda de energía total del sistema (Vatios)
ETotal DC = Demanda de energía total de DC. (Vatios)
ETotal AC = Demanda de energía total de AC. (Vatios)
1.2.8.1 Estimación de pérdidas.
Para el cálculo de las pérdidas se debe tomar el valor de rendimiento global de la
instalación fotovoltaica definido como:
( ) (
) Ecu. 1.4
Dónde:
Kb = Coeficiente de pérdidas debidas al rendimiento del acumulador:
0,05 en sistemas que no se producen descargas intensas.
0,1 en sistemas con descargas profundas.
12
Kc = Coeficiente de pérdidas en el inversor:
0,005 para inversores de salida sinodal pura, en condiciones óptimas.
0,1 para condiciones de trabajo lejos de las óptimas.
Kv = Coeficiente de pérdidas varias (transmisión, efecto Joule, etc.):
Este parámetro que se toma como referencia es 0,05 < Kv < 0,15.
Ka = Coeficiente de auto descarga diaria de las baterías, los valores típicos son:
0,002 para baterías de baja auto descarga (Ni-Cd).
0,005 para baterías estacionarias de plomo ácido (las más usuales).
0,012 para baterías de alta auto descarga (SLI).
Da = Días de autonomía de la instalación:
3 – 5 días como valores de referencia.
Pd = Profundidad de descarga diaria de la batería:
No deberá exceder el 80% de la capacidad nominal del acumulador.
1.2.8.2 Dimensionamiento de Paneles Solares.
Un concepto importante necesario para realizar el dimensionamiento de la
cantidad de paneles necesarios en la instalación es el número de horas pico
solares, HPS, que se refiere al número de horas diarias de luz solar equivalentes
referidas a una irradiación constante I=1KW /𝑚2, a la cual se mide siempre la
potencia de los paneles.
La irradiación H (KW /𝑚2), es igual al producto de la irradiación de referencia, I,
y las horas pico solares, HPS. Como I=1KW /𝑚2, se tiene entonces que los
valores numéricos de la irradiación y las horas pico solares son iguales.
(
) (
) ( ) Ecu. 1.5
13
La cantidad de energía producida por un panel a lo largo de todo el día, es
equivalente a la energía que se produciría en las horas de pico solar si el panel
opera a su potencia máxima o nominal (Wp).
Dicha potencia es el principal parámetro que describe el funcionamiento del panel
y la especificación más importante en el dimensionamiento del generador FV.
Para el cálculo de la potencia de los paneles y el número de estos, a utilizarse, se
debe tomar en cuenta lo siguiente:
El lugar donde va a ser instalado para el cálculo de la radiación solar promedio
mensual, tomando desde bases de datos, que den valores confiables o midiendo
los datos con un equipo de medida adecuado.
La radiación GD se escogerá como el valor medio mensual durante el peor mes.
La potencia total del generador G se calcula, tomando en cuenta la demanda de
energía total del sistema T, la radiación Gd antes mencionada y el rendimiento
global de la instalación G.
( 𝑜 ) Ecu. 1.6
El número de paneles del generador se calcula con la potencia nominal PN del
panel a ser utilizado y la potencia del generador PG. Como normalmente el
resultado de número de paneles va a ser un número decimal, se recomienda la
opción por exceso, es decir se debe aproximar al entero superior, excepto si el
decimal se aproxima mucho al entero inferior, en cuyo caso se coloca el valor del
entero; por ejemplo: si se obtuvo 1.5, entonces se debe poner 2 paneles, y si se
obtuvo 1.1, entonces se debe poner 1 panel.
Ecu. 1.7
1.2.9 Instrumento para medir la radiación solar
El piranómetro.- conocido como solarímetro y actinómetro, permite medir la
irradiación solar global (directa y difusa) incidente sobre una superficie de la
14
Tierra. Está diseñado para medir la densidad del flujo de radiación solar (W/m2).
Posee una pequeña plancha de metal negro en su interior, con una termocupla
unida a ella. Esta plancha negra se calienta al sol y con la termocupla, el aumento
de temperatura se puede medir. La salida de la termocupla es medida para la
radiación instantánea total en un momento dado, como muestra la figura 1.6.
FIGURA 1.6: Modelos de pirómetro (Solar Power Meter SP- 216)
Fuente: http://ambientweather.wikispaces.com/sp216
Autor: Postulante.
Características:
FIGURA 1.7: La disposición de la pantalla.
1. Retención de datos
2. Max. Valor
3. Min. Valor
4. El punto decimal
5. Valor numérico
6. W / m2 unidades de medida
7. BTU (ft2 * h) las unidades de medida
8. Indicador de batería bajo.
Fuente: http://ambientweather.wikispaces.com/sp216
Autor: Postulante.
FIGURA 1.8: La disposición de los botones
1. Botón de alimentación
2. Max. y el botón Min
3. W / m2 / BTU (* h ft2) botón del
interruptor
4. Los datos Tecla mantener
5. Rango Automático.
Fuente: http://ambientweather.wikispaces.com/sp216
Autor: Postulante.
15
1.3 Energía eólica
Según: SCHALLENBERG Julieta C. (edición 2008). El Sol calienta de forma
desigual las diferentes zonas del planeta, provocando el movimiento del aire que
rodea la Tierra y dando lugar al viento. El viento es, por tanto, energía en
movimiento.
La energía del viento depende de su velocidad y, en menor medida, de su
densidad (disminuye con la altitud), rápidamente con la altura. Cuanto más
accidentada sea la superficie del terreno, más frenará al viento. Sopla con menos
velocidad en las depresiones terrestres y con mayor velocidad sobre las colinas,
aunque en grandes valles rodeados de montañas aparece el denominado efecto
túnel, que puede proporcionar buenas velocidades de viento.
Según: ALBORNOZ Esteban, (versión 2012); La energía eólica es una de las
fuentes de energía con mayor crecimiento de implantación en el mundo. Su
utilización a finales del siglo XX para la generación de energía eléctrica limpia, la
ha conducido rápidamente a ser una fracción importante de la generación eléctrica
en muchos países.
En consecuencia la energía eólica no es más que energía cinética generada por
efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de
energía para las actividades humanas. En la actualidad, la energía eólica es
utilizada principalmente para producir electricidad mediante aerogeneradores.
1.3.1 Descripción del recurso eólico en el ecuador
Según: ALBORNOZ Esteban (edición 2012); “La modelización del recurso
eólico con resolución de 200 m sobre el territorio del Ecuador ha permitido
identificar la distribución de este recurso sobre el territorio. En lo que a la
circulación general terrestre respecta, los vientos dominantes sobre el país son los
alisios, provenientes del Este y que por tanto alcanzan el país tras atravesar todo el
continente. Esto hace que el viento horizontal a gran escala sea más bien débil en
todo el territorio continental”. De manera general se ha podido determinar el
16
rango de velocidad por ende la potencia instalable en cada una de las zonas cómo
podemos observar en la tabla 1.5. En términos generales, la orografía del Ecuador
divide el territorio en cuatro zonas climáticas bien definidas, que confieren unas
características particulares. De Este a Oeste, estas zonas son:
La Zona de la Sierra, donde la Cordillera de los Andes comprime los vientos, una
de las orografías que muestra esta zona como se puede apreciar en la figura 1.9,
resultando en una aceleración de los mismos en diferentes sitios.
La Zona de la Costa, donde interaccionan los vientos alisios del Este con dos
circulaciones locales: la brisa que se establece por el contraste de temperaturas
entre el continente y el océano.
La Zona Oriental o Amazónica, en que la frondosa vegetación selvática influye de
forma decisiva en la disminución de la velocidad de los vientos alisios en los
niveles más cercanos al suelo.
Islas Galápagos, su distribución de viento: son islas, volcánicas y bajo la
influencia de los alisios. Por el hecho de ser islas, reciben un viento global menos
perturbado.
FIGURA 1.9: Zona 3 (Chimborazo, Tungurahua, Pastaza, Cotopaxi); Velocidad
Media Anual del Viento a 80 m de Altura sobre el Suelo.
Fuente: Ministerio de electricidad y energía renovable.
Autor: Postulante.
17
Tabla 1.5: Potencial eólico estimado en la provincia de Cotopaxi
Fuente: Ministerio de electricidad y energía renovable.
Autor: Postulante.
1.3.2 Aerogenerador
Un aerogenerador es un generador eléctrico que es movido por unas turbinas
accionadas por el viento, es decir que la energía cinética del aire en movimiento
proporciona energía mecánica a un rotor (hélice) que, a través de un sistema de
transmisión mecánico, hace girar el rotor de un generador, convirtiéndola en
energía eléctrica. Un aerogenerador contiene varios elementos que lo conforman
como se describen en la fig1.11.
1.3.2.1 Funcionamiento
Es muy simple: el viento incide sobre las aspas del aerogenerador y lo hace girar,
este movimiento de rotación se transmite al generador a través de un sistema
multiplicador de velocidad. Actualmente, los aerogeneradores se diseñan con su
eje horizontal, diseño más usual, pero también existen los de eje vertical como se
puede ver en la figura 1.10.
FIGURA 1.10: Aerogeneradores de eje horizontal y de eje vertical.
fuente:http://www.endesa.cl/rse/Libro%20ERNC%20versi%C3%B3n%20de%20imprenta.pdf
Autor: Postulante.
18
1.3.2.2 Partes
FIGURA 1.11: Grandes Aerogeneradores y sus partes.
Fuente:http://www.monografias.com/trabajos61/sistema-hibridofotovoltaico/sistema-hibrido-
eolico-fotovoltaico2.shtml#ixzz3H5LaQAem
Autor: Postulante.
El rotor
Es el elemento que transforma la energía del viento en energía mecánica. A su
vez, el rotor se compone de tres partes fundamentales: las palas, el eje (que
transmite el movimiento giratorio de las palas al aerogenerador) y el buje (que fija
las palas al eje).
Las palas son los elementos más importantes, pues son las que reciben la fuerza
del viento y se mueven gracias a su diseño aerodinámico.
Multiplicador
Es un elemento conectado al rotor que multiplica la velocidad de rotación del eje
para alcanzar el elevado número de revoluciones que necesitan los dinamos y los
alternadores.
Dentro de los multiplicadores se distinguen dos tipos:
Multiplicadores de poleas dentadas. Se utilizan para rotores de baja potencia.
Multiplicadores de engranaje. En este tipo de multiplicadores los engranajes
están protegidos en cajas blindadas para evitar su desajuste y desengrasado.
19
Aunque la mayoría de los aerogeneradores tienen multiplicador, existen algunos
rotores que no lo necesitan.
Generador
La función del generador es transformar la energía mecánica en energía eléctrica.
En función de la potencia del aerogenerador se utilizan dinamos (son generadores
de corriente continua y se usan en aerogeneradores de pequeña potencia, que
almacenan la energía eléctrica en baterías) o alternadores (son generadores de
corriente alterna).
Góndola
La góndola es la estructura en la que se resguardan los elementos básicos de
transformación de energía, es decir: eje del rotor, multiplicador, generador y
sistemas auxiliares.
El buje:
Existe una tendencia generalizada hacia las máquinas tripala, que representan más
del 90 % de los aerogeneradores instalados. Como consecuencia colateral, los
bujes son mayoritariamente fijos, reservando la opción de bujes basculantes para
los aerogeneradores bipala y monopala, dónde resulta obligada su utilización.
El eje de baja velocidad:
Conecta el buje del rotor al multiplicador. El eje contiene conductos del sistema
hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos. En el caso
del aerogenerador citado anteriormente suele ser de entre 20 y 30 r.p.m.
El eje de alta velocidad
Su rango de giro es elevado, lo que permite el funcionamiento del generador
eléctrico. Está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. El freno
mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las labores
de mantenimiento de la turbina. En el citado aerogenerador de referencia el rango
de giro es de 1500 r.p.m.
20
La unidad de refrigeración
Los generadores necesitan refrigeración durante su funcionamiento. En la mayoría
de las turbinas, la refrigeración se lleva a cabo mediante encapsulamiento del
generador en un conducto, utilizando un gran ventilador para la refrigeración por
aire. Además contiene una unidad refrigerante por aceite empleada para enfriar el
aceite del multiplicador.
El mecanismo de orientación
El mecanismo de orientación de un aerogenerador se utiliza para girar el rotor de
la turbina contra el viento. Casi todos los aerogeneradores de eje horizontal
emplean orientación forzada, es decir, utilizan un mecanismo que mantiene la
turbina orientada contra el viento mediante motores eléctricos y multiplicadores.
Casi todos los fabricantes de rotor a barlovento prefieren frenar el mecanismo de
orientación cuando no está siendo utilizado.
El mecanismo de orientación se activa por un controlador electrónico que vigila la
posición de la veleta de la turbina varias veces por segundo cuando la turbina está
girando.
Torre
La torre es el elemento de sujeción y el que sitúa el rotor y los mecanismos que lo
acompañan a la altura idónea. Está construida sobre una base de hormigón armado
(cimentación) y fijado a ésta con pernos.
La torre tiene forma tubular y debe ser suficientemente resistente para aguantar
todo el peso y los esfuerzos del viento, la nieve, etc.
1.3.3 Calculo del aerogenerador
La energía eólica disponible en una determinada zona es función de la velocidad
(V), del área (A) barrida por las palas del molino y de la densidad (ρ) del aire. De
esta forma, y aplicando los principios de la física (mecánica) clásica, se obtiene la
expresión teórica de la potencia disponible:
Ecu. 1.8
21
Si 𝑝 es la densidad del aire de la corriente uniforme, la energía por unidad de
volumen de esta masa es:
Ecu. 1.9
El flujo volumétrico 𝑄 a través de una superficie de control estacionaria de
sección frontal es:
Q= Av Ecu. 1.10
El flujo de energía (flujo de aire que atraviesa la superficie que cubre un
aerogenerador) o potencia eólica (potencia disponible en el aire) de la corriente a
través de A, como se puede ver en la figura 1.12.
𝑄
Ecu. 1.11
= Potencia disponible en el aire.
A= Superficie que cubre el aerogenerador (área de barrido).
= Velocidad del viento.
p= Densidad del aire.
FIGURA 1.12: Área de barrido por las aspas del rotor
Fuente:http://www.monografias.com/trabajos61/sistema-hibrido-eolico-fotovoltaico/sistema-
hibrido-eolico-fotovoltaico2.shtml
Autor: Postulante.
Una turbina eólica nunca va a ser capaz de extraer toda esta energía, por lo que es
interesante disponer de un factor que nos indique la eficiencia de una determinada
máquina. Ese factor es el coeficiente de potencia CP, que determina el rendimiento
aerodinámico del rotor. Es decir:
Ecu. 1.12
En forma teórica se ha obtenido el máximo valor que puede obtener este
coeficiente que se denomina "límite de Betz" y su valor representativo es del
orden de 0,5926.
22
Calculo de velocidad total del viento:
(
)
Ecu. 1.13
Dónde:
V= Velocidad Total del Viento.
0= Velocidad Inicial.
= Altura final de la torre.
0= Altura inicial.
𝑛= Rugosidad
La rugosidad se obtiene de la siguiente manera:
Si ( r≤ =0,03)
𝑛=1.699823015 ln.(𝒉r)/ ln(150) Ecu. 1.14
Si ( r ˃ 0,03)
𝑛=3.912489289 ln.(𝒉r )/ ln(3.3333333) Ecu. 1.15
Dónde:
hr = es la clase de rugosidad que depende de la longitud de rugosidad medida en
metros, es decir, la altura sobre el nivel del suelo donde la velocidad del viento es
teóricamente cero. Como se muestran a continuación en la siguiente tabla 1.6.
Tabla 1.6: Clases y de longitudes de rugosidad
Clase de
rugosidad
Longitud de
rugosidad z0 (m)
Usos del suelo
0 0.0002 Superficie del agua en calma.
0.5 0.0024 Terreno abierto con superficie lisa:
pistas de hormigón en los aeropuertos,
césped cortado, etc.
1 0.03 Área agrícola abierta sin cercados ni
setos y con edificios muy dispersos.
1.5 0.055 Terreno agrícola con algunas casas y
23
cercados de hasta 8 m de altura
separados por más de 1 km.
2 0.1 Terreno agrícola con algunas casas y
cercados de hasta 8 m de altura
separados por aproximadamente 500 m.
2.5 0.2 Terreno agrícola con varios árboles,
arbustos y plantas, o cercados de hasta
8 m de altura separados por 250 m.
3 0.4 Ciudades, villas, terreno agrícola con
muchos cercados o muy altos, bosques.
3.5 0.6 Grandes ciudades con edificios altos
con bosques altos.
4 1.6 Ciudades muy grandes con edificios
altos y rascacielos.
Fuente: Módulo III de Energía Eólica de la Maestría de Energías Alternativas realizada en la
Universidad Técnica de Cotopaxi.
Autor: Postulante.
Área de barrido del rotor, se consigue así:
Ecu. 1.16
Dónde:
A= Área de barrido del rotor.
= 3.1416.
D= Diámetro del rotor.
Luego se debe calcular la potencia en función del área de barrido.
Ecu. 1.17
Se debe calcular la intensidad de turbulencia.
Ecu. 1.18
Dónde:
IV= Intensidad de Turbulencia.
𝜎= Desviación Estándar.
V= Velocidad del viento.
24
La potencia del viento mediante la ecuación 6, anteriormente estudiada, la
potencia eléctrica es:
= 𝑛 * Ecu. 1.19
Dónde:
= Potencia eléctrica.
𝑛= Factor de eficiencia total de conversión.
= Potencia de viento.
Para calcular el número de revoluciones por minuto de una eólica se obtiene a
partir de la siguiente ecuación.
n = (60 · λ · v) / (π · D) Ecu. 1.20
Dónde:
n :es el número de revoluciones por minuto [r.p.m.]
λ : se llama velocidad específica del rotor eólico y depende de la anchura y del
ángulo de calado de las palas. Puede tener un valor nominal comprendido entre
aprox. 1 y 14. En la eólica que se suele montar, este factor será de 8.
v :es la velocidad del viento en metros por segundo [m/s].
d: es el diámetro de la eólica en metros [m]
Finalmente se calcula la producción eléctrica anual.
( 𝑛 ) ( ⁄ ) (
) Ecu. 1.21
1.3.4 Instrumento utilizado para medir la velocidad del viento
Anemómetros totalizadores
Una manera efectiva de determinar los valores promedios globales del
comportamiento del viento es por medio de la instalación de anemómetros
totalizadores. Estos elementos son anemómetros de cazoletas con medidor de
revoluciones que al ser accionados por el viento miden el recorrido equivalente
que ha pasado a través del instrumento. El instrumento que mide la velocidad del
viento de manera directa en aplicaciones eólicas es normalmente el anemómetro,
siendo el más común el anemómetro de cazoletas.
25
1.3.4.1 Anemómetro (weatherwise WS-2080)
Descripción de estación meteorológica:
La estación de monitoreo del clima Weatherwise es un instrumento profesional
con pantalla táctil, diseñado para el uso diario fácil y práctico. Funciona
perfectamente para cualquier ambiente de hogar, oficina, campo abierto, obra en
progreso, etc. El monitor interior muestra la información importante del clima en
tiempo real gracias a los monitores inalámbricos externos que incluye soportes de
montaje como se muestra en la figura 1.13. El grupo de sensores se pueden
colocar en su jardín o en el techo para una óptima lectura meteorológica.
FIGURA 1.13: Estación meteorológico Ambient Weather WS-2080 Wireless.
Fuente: http://site.ambientweatherstore.com/Manuals/ws2080.pdf
Autor: Postulante.
EL sistema está formado de:
Estación Base
Sensor Thermo-Hygro y transmisor
Sensor de lluvia (auto vaciante)
Sensor de velocidad del viento.
Sensor de dirección del viento.
Mástil meteorológico-w / soportes de montaje.
PC Software w / Cable USB.
Manual de instrucciones.
26
1.4 Sistemas híbridos
Dentro de la energía renovable, se encuentran una amplia variedad de
combinaciones de los diferentes sistemas utilizados, a continuación se muestran
algunos de ellos y que están operando ya en la actualidad, ejemplo: Sistema
híbrido diesel-eólico, Sistema híbrido eólico-fotovoltaico, Sistema híbrido eólico-
fotovoltaico-hidráulico. Los sistemas basados en generadores fotovoltaicos y
eólicos con almacenamiento por medio de baterías y conectados a la red son una
muy buena inversión.
Para dimensionar un sistema híbrido es necesario identificar todas las
combinaciones posibles que ofrecen un determinado nivel de satisfacción o
fiabilidad. De todas las opciones la óptima se obtiene al valorar el costo
económico de cada una de las posibilidades para un mismo nivel de fiabilidad.
1.4.1 Sistema hibrido eólico-fotovoltaico
Se contempla esta posibilidad, cuando en el lugar de la instalación hay presencia
de viento y sol. Estas condiciones no se dan en todas partes, por lo que es
necesario conocer con detalle el potencial eólico y solar antes de decidir por esta
opción.
Los sistemas híbridos optimizan las mejores condiciones del viento y el sol
complementándose entre sí. Los días fríos y de viento, normalmente nublosos,
apenas permiten aprovechar la luz solar, mientras que son ideales para los
aerogeneradores. Por su parte los días de anticiclón suelen provocar cielos
despejados con poco viento, y por lo tanto más adecuado para los paneles
fotovoltaicos.
1.4.1.1 Esquema de la instalación sistema hibrido
Uno de los sistemas de generación más comunes que se pueden encontrar está
formado por un aerogenerador y panel fotovoltaico como se ve en la figura 1.14,
que a través de un regulador de carga, se encarga de suministrar la energía
producida a las baterías, con esa energía para posteriormente utilizarlo en voltaje
continuo o transformarlo mediante un inversor en voltaje alterno.
27
FIGURA 1.14: Esquema de un sistema híbrido eólico-solar
Fuente:http://repo.uta.edu.ec/bitstream/handle/123456789/438/Tesis_t646ec.pdf?sequence=1
Autor: Postulante.
1.4.2 Componentes de un sistema hibrido
1.4.2.1 Controlador de carga
Según FERNANDEZ SALGADO José María (primera edición 2010). Es el
dispositivo encargado de proteger las baterías frente a sobrecargas o
sobredescargas profundas. Su función es comparar valores deseados por la carga
con uno de referencia y efectúa los cambios necesarios para compensar, cumple
con un rol pasivo cuando el nivel voltaje es baja y no pueden cargar las baterías,
cuando aumenta el voltaje de los paneles superan al banco de baterías entonces el
control de carga tiene un rol activo.
Los reguladores actuales introducen micro controladores para la correcta gestión
de un sistema fotovoltaico. Su programación elaborada permite un control capaz
de adaptarse a las distintas situaciones de forma automática, permitiendo la
modificación manual de sus parámetros de funcionamiento para instalaciones
especiales. Incluso los hay que memorizan datos que permiten conocer cuál ha
sido la evolución de la instalación durante un tiempo determinado.
28
1.4.2.1.1 Dimensionamiento del Controlador.
Se debe calcular el valor de la Corriente del controlador , para lo cual se
requiere la corriente de cortocircuito de cada panel y el número de paneles N.
[ ] Ecu. 1.22
[ ] Ecu. 1.23
Dónde:
= corriente de cortocircuito (Amperios)
= voltaje nominal del sistema fotovoltaico (voltios)
1.4.2.2 Baterías
Se denomina batería, batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente
acumulador, al dispositivo que consiste en una o más celdas electroquímicas que
pueden convertir la energía química almacenada en electricidad, como se ve en la
figura. Cada celda consta de un electrodo positivo, o ánodo y un electrodo
negativo, o cátodo y electrolitos que permiten que los iones se muevan entre los
electrodos.
FIGURA 1.15: Baterías del tipo plomo acido
Fuente: http://www.regenbat.com/medidas-regenbat-regeneracion-baterias.php
Autor: Postulante.
1.4.2.2.1 Dimensionamiento del acumulado
Según MORO VALLINA Miguel (primera edición 2010) los tipos de baterías
más utilizados son las de plomo- acido, relativamente baratas y capaces de
cargarse con corrientes eléctricas de muy diversa intensidad.
29
Sus capacidades pueden ser muy variables, dependiendo de la magnitud de
instalación y las necesidad de consumo; existen baterías capaces de almacenar
entre 0,1 y 100 Kwh. Suelen elegirse la capacidad nominal de la batería que
proporcione entre tres y ocho veces la energía consumida por la carga durante 1
día o ciclo de utilización.
Para una instalación aislada debemos conocer el consumo diario y debemos
establecer la autonomía deberá tener la instalación, es decir, cuantos días podrá
funcionar en ausencia total de generación eléctrica, también debemos tener en
cuenta la profundidad de descarga máxima (PdD) a la que se someterá la batería.
A partir de todos estos datos emplearemos las siguientes ecuaciones:
𝑛 Ecu. 1.24
𝑄
*
+ Ecu. 1.25
*
+ Ecu. 1.26
[ ] Ecu. 1.27
Ecu. 1.28
Dónde:
Kb = Coeficiente de pérdidas debidas al rendimiento del acumulador.
𝑛 = rendimiento de la batería.
𝑄 = energía diaria de acumulación requerida. *
+
= capacidad diaria de acumulación. *
+
= la capacidad total de la batería. [Ah]
= número de baterías.
1.4.2.3 Inversores
La función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a
un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia
deseada por el usuario o el diseñador. Los inversores se utilizan en una gran
variedad de aplicaciones, desde pequeñas fuentes de alimentación para
30
computadoras, hasta aplicaciones industriales para controlar alta potencia. Los
inversores también se utilizan para convertir la corriente continua generada por los
paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o baterías, etc., en corriente alterna y
de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en instalaciones
eléctricas aisladas.
Según FERNANDEZ SALGADO José María (primera edición 2010). Un
inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual se
utiliza para interrumpir la corriente entrante y generar una onda rectangular.
Esta onda rectangular alimenta a un transformador que suaviza su forma,
haciéndola parecer un poco más una onda sinodal y produciendo el voltaje de
salida necesario.
1.4.2.3.1 Dimensionamiento del Inversor.
La potencia nominal del inversor debe ser igual a la potencia de la
carga instalada en AC más un 25%.
[ ] Ecu. 1.29
1.4.2.4 Dimensionamiento de los Conductores.
La longitud de los conductores entre los componentes del sistema debe realizarse
lo más corta posible para minimizar las caídas de voltaje. Debe cumplir los
valores de la Tabla 1.7.
Tabla 1.7: Caídas de tensión de los conductores entre componentes.
COMPONENTES % DE CAÍDA
Generador – Controlador < 3%
Baterías – Controlador < 1%
Controlador – Cargas < 5%
Fuente:http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/2252/1/CD-2992.pdf).
Autor: Postulante.
31
Para calcular el calibre del conductor, sea en 𝑚𝑚2 o AWG, se utiliza la fórmula
de caída de voltaje:
Ecu. 1.30
Dónde:
= Caída de voltaje entre los extremos de los conductores.
= Resistencia del conductor en [Ω / m].
L= Longitud entre componentes en [m].
I= Corriente [A].
Se selecciona el calibre del conductor en base a la corriente que circula por él.
Ecu. 1.31
Ecu. 1.32
Dónde:
= potencia de carga en AC (vatios)
= voltaje nominal de la batería. (Voltios)
= voltaje de la carga en AC. (Voltios)
1.4.2.4.1 Conductores AWG normalizados.
Un conductor puede estar formado por uno o varios hilos, siendo unifilar o
multifilar, cableado o tranzado. Cuando el conductor en cableado puede ser
normal, flexible o extra flexible, de acuerdo al grado de flexibilidad que se le da al
número de hilos delgados que lo componen (en medida que aumenta el número
aumenta la propiedad).
Los conductores de un solo hilo se denominan sólidos y se utilizan hasta en nº 10
AWG en instalaciones residenciales, comerciales o de oficinas. Para calibres
mayores se emplean cableados, para facilitar el manejo en el proceso de
instalación. De acuerdo a la corriente de circulación que requiere se selecciona el
calibre del conductor como se ve según la siguiente tabla 1.8 y 1.9.
32
Tabla 1.8: Tabla de valores según Electrocables.
CAPACIDAD DE CORRIENTE DE CONDUCTORES AWG
Calibre T-TW(60⁰C) THW-THWN-TTV(75⁰C) V-MI(90⁰C)
14 15A 15A 25A
12 20A 20A 25A
10 30A 30A 40A
8 40A 45A 50A
6 55A 65A 70A
4 70A 85A 90A
0 125A 150A 155A
0 145A 170A 185A
0 165A 200A 210A
0 195A 230A 235A
Fuente:http://autodesarrolloelectricidadpractica.blogspot.com/2011/05/continuacion.html
Autor: Postulante.
Tabla 1.9: Valores normalizados cables A.W.G
Número
AWG
Diámetro
(mm)
Sección
(mm2)
Kg. Por
Km.
Resistencia(O/Km.)
000 10,4 85,3 0,197
00 9,226 67,43 0,252
0 8,252 53,48 0,317
1 7,348 42,41 375 1,4
2 6,544 33,63 295 1,5
3 5,827 26,67 237 1,63
4 5,189 21,15 188 0,8
5 4,621 16,77 149 1,01
6 4,115 13,3 118 1,27
7 3,665 10,55 94 1,7
8 3,264 8,36 74 2,03
9 2,906 6,63 58,9 2,56
10 2,588 5,26 46,8 3,23
11 2,305 4,17 32,1 4,07
12 2,053 3,31 29,4 5,13
13 1,828 2,63 23,3 6,49
14 1,628 2,08 18,5 8,17
Fuente: http://www.profesormolina.com.ar/electromec/tabla.htm
Autor: Postulante.
33
1.4.3 Aplicaciones del sistema hibrido
1.4.4 Sistemas centralizados conectados a la red
Los sistemas fotovoltaicos y eólicos conectados a la red son una alternativa
prometedora en el futuro de las energías renovables. En estos sistemas, la energía
obtenida no se almacena sino que se provee directamente a la red eléctrica
comercial. Esto implica por una parte que el banco de baterías ya no es necesario
y, por otra, que se necesita de un equipo especial para adaptar la energía
producida por los paneles y los aerogeneradores a la energía de la red. Se instalan
en zonas que disponen de red eléctrica y su función es producir electricidad para
venderla a la compañía eléctrica.
1.4.5 Sistemas centralizados aislados de la red
Se emplean en lugares con acceso complicado a la red eléctrica y en los que
resulta más fácil y económico instalar un sistema fotovoltaico que tender una línea
de enganche a la red eléctrica general. Estos sistemas los podemos encontrar, por
ejemplo, en:
Zonas rurales aisladas.
Áreas de países en vías de desarrollo sin conexión a red.
Iluminación de áreas aisladas y carreteras.
Sistemas de comunicación (repetidores de señal, boyas, balizas de
señalización, SOS en carreteras y autopistas).
Sistemas de bombeo de agua.
Suministro eléctrico en yates.
Cercos eléctricos para ganadería o seguridad.
1.4.5.1 Sistema de bombeo de agua con energía fotovoltaico
Según ROCHÍN GARCÉS Jaime, ORTIZ GURROLA Simón y ELLIS
SALDAÑA Abraham) “ENERGÍA SOLAR PARA BOMBEO DE AGUA” Los
sistemas solares de bombeo pueden satisfacer un amplio rango de necesidades que
34
van desde 1,000 litros diarios para abrevar pequeños ganados o para consumo
humano, hasta 50,000 litros diarios para abrevar ganados más grandes e irrigar
pequeñas parcelas, un ejemplo muestra en la figura 1.16. Su costo inicial es alto
comparado con sistemas de bombeo a base de motores de combustión.
FIGURA 1.16: Componentes y operación de un sistema fotovoltaico de bombeo.
Fuente: http://www.bio-nica.info/biblioteca/Rochin-SolarBombeo.pdf
Autor: Postulante.
1.4.5.1.1 Selección de la bomba
Cada fabricante ofrece varios modelos de bombas y cada una tiene un rango
óptimo de operación. El proceso de selección de la bomba se complica debido a la
gran variedad de marcas disponibles. La Figura 1.17 indica a grandes rasgos el
tipo de bomba que se recomienda según la carga dinámica total del sistema de
bombeo y el volumen de agua que se requiere. En cada caso particular, es
necesario consultar las recomendaciones de los fabricantes.
FIGURA 1.17: Altura dinámica total y el volumen diario requerido según tipo de
bomba recomendado.
Fuente: http://www.bio-nica.info/biblioteca/Rochin-SolarBombeo.pdf
Autor: Postulante.
35
Un sistema FV de bombeo es similar a los sistemas convencionales excepto por
la fuente de potencia. Su operación no es compleja, como se muestra en la Figura.
Los componentes principales que lo constituyen son: un arreglo de módulos FV,
una unidad de control o controlador electrónico, un motor acoplado a una bomba
y un tanque de almacenamiento.
Las necesidades de agua para consumo humano y de animales requieren del uso
de un tanque de almacenamiento. Se recomienda almacenar el agua para tres
días de reserva. Almacenar agua en tanques es mucho más económico que
almacenar energía en baterías. Después de algunos años de uso, las baterías
necesitan reemplazarse, mientras que la vida útil de un tanque de almacenamiento
bien construido es de varias décadas. En general no se recomienda utilizar baterías
en los sistemas solares de bombeo.
1.4.5.1.2 Bomba hidráulica
La bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de
un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un
fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser
transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a
diferentes velocidades.
El proceso de transformación de energía se efectúa en dos etapas:
Aspiración.- Al comunicarse la energía mecánica a la bomba, esta comienza a
girar y con esto se genera una disminución de la presión en la entrada de la bomba
como el depósito de fluido se encuentra sometido a presión atmosférica, entonces
se encuentra una diferencia de presiones lo que provoca la succión y con ello el
impulso hidráulico hacia la entrada.
Descarga.- al entrar fluido en la bomba lo toma y lo traslada hasta la salida y
asegura por la forma constructiva de rotación que el fluido no retroceda. Dado
esto, el fluido no encontrara más alternativa que ingresar al sistema que es donde
se encuentra el espacio disponible, consiguiendo así la descarga.
36
1.4.5.1.3 Bombas centrifugas
Una bomba centrifuga es un dispositivo constituido por un conjunto de paletas
rotatorias perfectamente encajadas dentro de una cubierta metálica (voluta), de
manera que son capaces de impulsar al líquido que esté contenido dentro de la
cubierta, gracias a la fuerza centrífuga que se genera cuando giran las paletas del
rodete.
FIGURA 1.18: Esquema de una bomba centrífuga superficial
Fuente: Guía para el desarrollo de proyectos de bombeo de agua con energía FV.
Autor: Postulante.
1.4.5.1.4 Captación del agua subterránea
El agua subterránea se capta principalmente a través de pozos verticales, que son
los más difundidos a nivel mundial y a través de pozos horizontales como galerías
filtrantes y zanjas de drenaje.
Un pozo, es una obra compleja, que se proyecta y se construye para obtener agua
subterránea de un acuífero, con el objetivo de satisfacer una demanda
determinada.
FIGURA 1.19: Captación del agua subterránea.
Fuente: http://www.cebra.com.uy/pres/adjuntos/2012/11/Manual-de-agua-subterranea-bajo.pdf
Autor: Postulante.
37
Aguas subterráneas.- Es el agua que se aloja y circula en el subsuelo,
conformando los acuíferos. La fuente de aporte principal es el agua de lluvia,
mediante el proceso de infiltración.
Otras fuentes de alimentación localizada pueden ser los ríos, arroyos, lagos y
lagunas. El agua subterránea se sitúa por debajo del nivel freático y está saturando
completamente los poros y/o fisuras del terreno y fluye a la superficie de forma
natural a través de vertientes o manantiales.
Clasificación de aguas subterráneas
Las aguas subterráneas pueden dividirse en varias clases atendiendo a distintos
factores: origen, condiciones de yacimientos, propiedades hidráulicas,
composición química, etc. Atendiendo a las condiciones de yacimiento, se
distinguen cuatro tipos principales de aguas subterráneas.
Aguas suspendidas.- son los subterráneos que yacen a escasa profundidad bajo la
superficie de la tierra, en la zona de aeración. Se hallan por encima de las
freáticas, allí donde se verifica la infiltración de las precipitaciones atmosféricas,
siendo, además limitada su extensión.
Aguas freáticas.- son sumamente difundidas. Son aguas del primer horizonte
acuífero que descansa sobre la primera capa impermeable más o menos continua.
Pueden acumularse tanto en las rocas sueltas porosas como en las rocas duras
agrietadas, la zona de alimentación coincide con la de su disfunción.
Aguas confinadas.- se diferencian de las anteriores solo por el hecho de hallarse
confinadas entre dos capas impermeables continuas. Son difundidas en regiones
de topografía accidentada.
Aguas artesianas.- se originan bajo condiciones estructurales favorables. La
mayoría de las veces se encuentran en los pliegues sinclinales y monoclinales de
las capas de rocas.
38
1.4.6 Ventajas y desventajas de los sistemas híbridos
Ventajas
La generación eólica no produce gases ni residuos.
Cada Kwh de electricidad generada por el viento evita que se contamine
1Kg de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera.
Es inagotable mientras exista el sol y la atmósfera, continuará existiendo el
viento.
La instalación es rápida no mayor a 3 meses.
No destruye la naturaleza y el suelo para la agricultura.
Desventajas
Produce contaminación acústica, se están construyendo nuevos diseños
para evitar.
Produce la muerte de aves debido a la rotación de las aspas.
Según el sector de ubicación es importante poner un complemento para
períodos de poco viento.
Requiere de planicies y cima de montaña.
Puede atraer humanos a lugares que no antes no tenían su presencia
afectando a la biodiversidad.
1.5 Datos generales de la parroquia "TOACASO"
Cotopaxi, es una de las 24 provincias de la República del Ecuador, localizada en
la región sierra del país, al centro-norte del país. Tiene como capital a la ciudad de
Latacunga, y está integrada por siete cantones, once parroquias urbanas y 38
parroquias rurales de entre ellos tenemos la parroquia Toacaso.
Clima
Existen climas muy diversos desde el templado hasta el gélido en las cumbres de
los Ilinizas. Predomina el frío, especialmente en los páramos de la parroquia. Se
39
ubica entre los 3.000 (Cuicuno Chico y riveras del Río Pumacunchi y 4.800 msnm
(inicio de la parte seca y hielo de lo Ilinizas). La temperatura media en la zona es
de 9 a 18°C, aunque existen temperaturas extremas en ciertas mañas de los meses
de noviembre, diciembre, febrero y agosto que llegó a menos 5°C en el año 2.005.
Población
La población actual de Toacaso es de aproximadamente 8.000 habitantes, el
último censo arrojó una cifra de 7.591 pobladores sin incluir los populosos barrios
de Chilla Buena Esperanza,Pintze Chico, Pintze Grande, Quinte Buena Esperanza,
Quinte San Antonio, San Ignacio, una mayor parte de Wintza, San Bartolo y San
Carlos. El índice de la población indígena es del orden del 35 %.
Organización sociopolítica
El núcleo organizativo es el ayllu conformado por padres, hijos, abuelos,
bisabuelos, respetando el árbol genealógico. La autoridad formal es el Cabildo que
comprende el Presidente, el Vicepresidente, el Secretario, el Tesorero, el Síndico
y los vocales designados por la Asamblea General.
Economía
El pueblo Toacasense tiene una economía definida de producción agrícola y
pecuaria para el auto-consumo y también para el mercado provincial y nacional.
Otras actividades económicas están vinculadas a la artesanía y a la educación.
En la agricultura, los productos más importantes son: maíz, papas, cebada,
cebolla, mellocos y los no tradicionales como las hortalizas se ha generalizado.
Para el mercado provincial y nacional tienen la crianza de ovinos, porcinos, y
bovinos.
El trabajo comunitario se lo realiza mediante mingas que además reproducen el
espíritu comunitario y solidario del pueblo. En las últimas décadas se ha dado
impulso a la producción orgánica, con varios proyectos desarrollados en las
diferentes comunidades y por iniciativa propia de los agricultores convencidos, se
ha logrado establecer varias unidades de producción orgánica, pequeñas fincas
integrales, la producción ha permito abastecer su dieta diaria.
40
1.5.1 Ubicación geográfica parroquia Toacaso
El territorio de Toacaso se encuentra ubicado en la parte Noroccidente del cantón
Latacunga, en las faldas de los Ilinizas.
Los límites de la parroquia Toacaso son:
NORTE: Faldas del Iliniza Norte, desde el nacimiento del río Zarapullo y parte
de la parroquia Pastocalle.
SUR: La parroquia Canchagua (Cantón Saquisilí) y parroquia Guaytacama
(Cantón Latacunga).
ESTE: Parroquia Tanicuchí.
OESTE: El cantón Sigchos.
FIGURA 1.20: Ubicación geográfica de la parroquia Toacaso.
Fuente:http://www.geografiainfo.es/nombres_geograficos/name.php?uni=1382154
Autor: Postulante.
1.5.2 Sistema de Posicionamiento Global. (GPS satelital)
Google Sunearthtools es un programa informático que muestra un globo virtual
que permite visualizar múltiple cartografía, con base en la fotografía satelital, que
proporcionan posiciones en tres dimensiones, velocidad y tiempo, las 24 horas del
día, en cualquier parte del mundo y en todas las condiciones climáticas.
Este programa informático, proporcionó información sobre la posición en donde
se encuentra el lugar de estudio, es decir facilitó los datos sobre la longitud, latitud
y altura del lugar como se ve en la tabla 1.10.
41
FIGURA 1.21: Toma de datos con GPS satelital (longitud, altitud, altura)
Fuente: http://www.sunearthtools.com/dp/tools/conversion.php?lang=es
Autor: Postulante.
Tabla 1.10: Datos de GPS obtenidos en la villa totoras
UBICACIÓN Ecuador, Cotopaxi, vía Sigchos
LATITUD 0,7463357 S
LONGITUD 78,7479454 W
ALTURA 3448 msnm
Fuente: http://www.sunearthtools.com/dp/tools/conversion.php?lang=es
Autor: Postulante.
42
2 CAPÍTULO II
CAPÍTULO II
2.1 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
2.2 Diseño de la investigación
2.2.1 Metodología
La investigación a realizarse estará orientada a un enfoque cualitativo y
cuantitativo, por lo que se realizará una evaluación de la cantidad de vientos que
circula, radiación solar existente dentro de la comunidad, con el propósito generar
electricidad, poner en funcionamiento la bomba eléctrica y poder extraer agua
subterránea para satisfacer la demanda.
2.2.2 Métodos de investigación
Método Analítico- Sintético
Esto permitirá comenzar con la observación de la estación meteorológica de la
comunidad en este caso será la inspección de los datos adquiridos con los equipos,
para evaluar los datos máximos y mínimos existentes en cada mes, luego se pasara
a la descripción, representación y explicación de los niveles que pueden tener cada
uno de los aspectos antes mencionados.
Método Hipotético – Deductivo
Permitirá conocer el proceso de manera general, para diseñar un sistema de
generación hibrida que pueda satisfacer la demanda de acuerdo a los resultados
obtenidos, métodos y técnicas expuestas.
43
2.2.3 Técnicas
Observación: Con esta técnica podemos ver el comportamiento de la naturaleza
que se encuentra a nuestro alrededor que permitirá conocer de forma directa el
lugar de la comunidad, la población involucrada en la investigación y las
actividades que realizan diariamente.
Medición: La investigación se realizará con los instrumentos de medición
meteorológicos para el desarrollo de la misma, esto nos permitirá tener un
diagnóstico verdadero de dónde empezar el proceso del diseño e implementación,
para poder partir de una serie de valores que indican el grado de radiación solar,
velocidad y dirección del viento conocimiento previo, dichos valores nos ayudara
en el dimensionamiento del sistema, lo que creamos conveniente implementar
como parte del proceso para realización del proyecto. Además se utilizara el
multímetro y voltímetro para determinar lo calculado.
2.2.4 Nivel de investigación
El nivel de investigación a la cual llega en la presente investigación es el
experimental puesto que fue necesario conocer comportamiento de las energías
renovables como los niveles de vientos y radiación solar de manera empírico de
allí el requerimientos necesarios de tomar con exactitud los datos meteorológicos
que tiene la zona para la generación energética en la villa totoras, de modo que el
sistema hibrido pueda contribuir con la necesidad de extraer agua subterránea y
abastecer los abrevaderos existentes.
2.2.5 Población y muestra
Por tratarse de un proyecto especial la población en este caso constituye es el
beneficiario, dueño de la villa Totoras y las personas que laboran en la misma,
quienes utilizarán este recurso en la comunidad de Wintza, mientras que no existe
muestra debido a que el universo es muy reducido.
44
2.3 Instrumentos de recolección de datos.
2.3.1 Estación Meteorológica ANEMÓMETRO (Ambient Weather WS-
2080).
Con la finalidad de realizar investigación experimental-tecnológica, se instaló la
Estación Meteorológica en la comuna Wintza, para obtener las mediciones exactas
y precisas, programadas para guardar en la memoria del sistema cada 15 minutos
durante un mes, realizando una serie de mediciones planificadas y vigiladas como
se puede ver en resumen en la figura 2.1.
FIGURA 2.1: Software de control del sistema de la estación meteorológica.
Fuente: Guangzhou HY Energy Technology Co., Ltd.
Realizado por: Wilson Tocte.
Para luego descargarle al PC mediante el software de la estación, pudiendo
exportarse esta información a formato EXCEL, lo cual fue fundamental para
analizar y discutir sobre el valor promedio de la velocidad del viento, la dirección
predominante, lo cual ayudara a dimensionar un aerogenerador como una
alternativa al mejor funcionamiento del sistema hibrido de generación eléctrica,
como se verá a continuación en el desarrollo de este capítulo.
45
Al recolectar toda la información necesaria para nuestro proyecto se procedió al
vaciado de datos y se realizó la elaboración de cuadros estadísticos y gráficos
pertenecientes a cada uno de los meses como se muestra en la tabla 2.1.
Tabla 2.1: Tabulación de datos de velocidad de viento y dirección del viento
Realizado por: Wilson Tocte.
2.3.2 Estación meteorológica PIRANÓMETRO (Solar Power Meter SP-
216)
Con la finalidad de realizar investigación científica-tecnológica, se instaló la
Estación Meteorológica piranómetro en la comuna Wintza, para obtener las
mediciones exactas y precisas en el lugar, tomadas para guardar en la memoria del
computador cada 30 minutos, realizando una serie de mediciones planificadas y
vigiladas donde se registró la fecha y hora al momento de tomar cada uno de los
datos. Unas ves adquiridas los datos realizamos proyecciones mediante curvas de
regresión, es decir pudimos ejecutar tabulaciones de una cierta cantidad de datos
de radiación existentes como radiación directa, nublada, difusa, temperatura y las
horas a plena luz solar, como se puede observar a continuación en la figura 2.2
que muestra lo mencionado.
46
FIGURA 2.2: Registro de datos en Microsoft Excel
Realizado por: Wilson Tocte.
2.4 Estudio solar en la zona
Análisis de los resultados de la medición, los siguientes datos representan la
radiación solar registrados en la comunidad Wintza (Villa Totoras), como se
muestra en la tabla 2.2.
Tabla 2.2: Datos del mes de Enero del 2014
Fecha Radiación directa
(horas)
temperatura
ambiente (⁰C)
Promedio
(wh/m2/día)
01/01/2014 4,5 9,8 6881,33
02/01/2014 4,5 9,8 6983,41
03/01/2014 6 13,1 7466,81
04/01/2014 3 10,4 6574,63
05/01/2014 4,5 9,7 6730,63
06/01/2014 2,5 9,1 5584,7
07/01/2014 4 8,5 7023,37
08/01/2014 4,5 8,3 6500,96
09/01/2014 5 8,6 5481,19
10/01/2014 5 8,5 5801,37
11/01/2014 5,5 9,3 5076,26
12/01/2014 7 10 5666,61
13/01/2014 3 9,3 4526,41
14/01/2014 4,5 8,7 3651,56
15/01/2014 5 10,3 5644,89
16/01/2014 6 10,2 5583,74
47
17/01/2014 5,5 10,4 6357
18/01/2014 4 9,6 4361,74
19/01/2014 4,5 9,3 4968,41
20/01/2014 2,5 8,5 4037,7
22/01/2014 6 9,4 5577,48
23/01/2014 6,6 9,6 6863,04
24/01/2014 4,5 10,1 6539
25/01/2014 3,5 9,5 5701,22
26/01/2014 3,5 9 5457,11
27/01/2014 4 10,6 6963,19
28/01/2014 5 9,6 6385,89
29/01/2014 3 10,8 4524,96
30/01/2014 3,5 9,3 4550,48
31/01/2014 4,5 10,5 5974,22
promedio 4,52 9,66⁰C 5788,76
Realizado por: Wilson Tocte.
FIGURA 2.3: Promedio durante el mes de Enero.
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis e interpretación
La siguiente tabla N° 2.2 muestran los valores tomadas en uno de los días que
representan, al promedios de radiación directa de 4,52 horas al mes, al promedio
de temperatura en 9,66 en grados centígrados ; mientras que la figura N° 2.3
representan a un promedio total al mes de 5788,76 (Wh/m2/día) de radiación.
5788,76
0,00
2000,00
4000,00
6000,00
8000,00
1 3 5 7 9 1113151719212325272931
Rad
iaci
on
w/m
2
TOTAL (wh/m2/dia)
PROMEDIO (wh/m2/dia)
48
Tabla 2.3: Datos obtenidos durante el mes de Febrero del 2014.
fecha Radiación directa
(horas)
temperatura
ambiente (⁰C)
Promedio
(Wh/m2/día)
01/02/2014 4,5 9,8 5871,19
02/02/2014 4,5 9,8 6983,41
03/02/2014 6 13,1 6695,96
04/02/2014 3 10,4 6574,63
05/02/2014 4,5 9,7 5866,85
06/02/2014 2,5 9,1 4271,7
07/02/2014 4 8,5 5387,78
08/02/2014 4,5 8,3 6859,67
09/02/2014 5 8,6 6857,26
10/02/2014 5 8,5 6609,3
11/02/2014 5,5 9,3 6366,63
12/02/2014 7 10 5280,41
13/02/2014 3 9,3 5246,22
14/02/2014 4,5 8,7 4651,59
15/02/2014 5 10,3 5174,48
16/02/2014 6 10,2 6762,21
17/02/2014 5,5 10,4 6059,93
18/02/2014 4 9,6 4864,55
19/02/2014 4,5 9,3 5098,41
20/02/2014 2,5 8,5 4976,98
21/02/2014 5 9,7 5782,35
22/02/2014 6 9,4 5777,87
23/02/2014 6,6 9,6 6418,15
24/02/2014 4,5 10,1 6520,13
25/02/2014 3,5 9,5 5983,37
26/02/2014 3,5 9 5818,22
27/02/2014 4 10,6 5420,04
28/02/2014 5 9,6 5364,67
Promedio 4,61 9,6 5840,86
Realizado por: Wilson Tocte.
49
FIGURA 2. 12: Promedio durante el mes de Febrero
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis e interpretación
La siguiente tabla N° 2.3 muestran los valores tomadas en uno de los días que
representan, al promedios de radiación directa de 4,61 horas al mes, a un
promedio de temperatura en 9,60 en grados centígrados ; mientras que la figura
N° 2.12 representan a un promedio total al mes de 5840,86 (Wh/m2/día) de
radiación.
Para los estudios solares una vez obtenido los datos reales con equipos
meteorológicos durante el mes de enero y febrero hemos comparado con los datos
reales existentes en el sitio con los datos publicados en el atlas solar del ecuador
con fines de generación eléctrica del concejo nacional de electricidad
(CONELEC), estos valores se asemejan como se muestra en la siguiente tabla 2.4.
Tabla 2.4: Insolación global anual promedio (CONELEC) para la zona de
Cotopaxi.
Insolación global (Wh/m2/día)
Enero 5369,15
Febrero 4575,00
Marzo 4575,00
Abril 4400,00
Mayo 4487,50
Junio 4337,50
5840,86
0,00
2000,00
4000,00
6000,00
8000,00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
Rad
iaci
on
w/m
2
TOTAL (wh/m2/dia)
PROMEDIO (wh/m2/dia)
50
Julio 4670,00
Agosto 4750,00
Septiembre 5100,00
Octubre 4850,00
Noviembre 5100,00
Diciembre 5255,00
Fuente: Concejo Nacional de Electricidad (CONELEC) 2008
Realizado por: Wilson Tocte.
FIGURA 2.4: Insolación global
Realizado por: Wilson Tocte.
Como otra fuente hemos tomado datos publicados del INAMHI, en las estaciones
meteorológicas más cercanas en la provincia de Cotopaxi como son Rumipamba
Salcedo, Cotopaxi Clirsen, correspondientes al año 2009 y 2010 que publican los
datos de heliofania mensual y anual requerido para el análisis, los datos de las
mediciones de los anuarios se pueden ver en el anexo D (1/1).
FIGURA 2.5: Promedio de heliofania de estaciones en Cotopaxi (2009; 2010).
Realizado por: Wilson Tocte.
0,0
2000,0
4000,0
6000,0
ene
ro
feb
rero
mar
zo
abri
l
may
o
jun
io
julio
ago
sto
septie…
oct
ub
re
novie…
diciem…
wh
/m2
/dia
meses
Insolación global año2008 (wh/m2/dia)
118,5
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
Ener
o
Feb
rero
Mar
zo
Ab
ril
May
o
Jun
io
Julio
Ago
sto
Sep
tiem
bre
Oct
ub
re
No
viem
bre
Dic
iem
bre
he
liofa
nia
(h
ora
s/m
es)
Datos de estaciones meteorológicas
Rumipamba salcedo 2009
Cotopaxi clirsen 2009
Rumipamba salcedo 2010
Cotopaxi clirsen 2010
PROMEDIO AL MES
Promedio al año
51
Análisis e interpretación
En la figura 2.5, se puede observar los promedios mensuales y anuales de horas de
brillo solar en las estaciones meteorológicas de Cotopaxi dando como resultado
que en cada uno de los meses varían de entre 81 a 152 horas de pleno luz solar al
mes, como promedio al año tendríamos 118,5 horas, se puede deducir que el
número de horas a plena luz solar es bajo, estando en concordancia con la
nubosidad que es en cambio elevada.
2.4.1 Promedio de radiación solar al año
Tabla 2.5: Promedio global de datos meteorológicos del año 2014.
Mes Heliofania
(brillo solar)
temperatura
ambiente (⁰C)
promedio
(Wh/m2/día)
Promedio
(KWh/m2/mes)
enero 140,00 9,80 5788,76 179,45
febrero 100,90 9,70 5840,86 163,54
marzo 79,60 9,30 4575,00 141,83
abril 35,50 9,40 4400,00 132,00
mayo 130,50 9,00 4487,50 139,11
junio 121,50 7,90 4337,50 130,13
julio 137,00 8,00 4670,00 144,77
agosto 147,60 8,20 4750,00 147,25
septiembre 86,30 8,20 5100,00 153,00
octubre 142,70 7,80 4850,00 150,35
noviembre 86,10 8,00 5100,00 153,00
diciembre 67,20 8,90 5255,00 162,91
promedio 106,20 8,70 4929,55 149,78
Promedio anual (KWh/m2/año) 1797,33
Realizado por: Wilson Tocte.
52
FIGURA 2.6: Insolación total del año 2014 en la comuna Wintza.
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis e interpretación
En la tabla N° 2.5 representa un total de valores promedios correspondientes a
cada uno de los meses donde tenemos; promedio de temperatura de 8,7 grados
centígrados, horas de brillos solar de 106,2, mientras que en el figura 2.6 se puede
observar que la insolación más alta es de 5840,86 (Wh/m2/día) que corresponde al
mes de Febrero, el más bajo es de 4337 (Wh/m2/día) que corresponde al mes de
Junio, dando como promedio al mes de 4929,55 Wh/m2/día de radiación solar
existente en la zona.
2.5 Estudio eólico en la zona
FIGURA 2.7: Velocidad de viento mes de SEPTIEMBRE del 2013
Realizado por: Wilson Tocte.
5840,86
4337,50 0,00
1000,002000,003000,004000,005000,006000,007000,00
ene
ro
feb
rero
mar
zo
abri
l
may
o
jun
io
julio
ago
sto
sep
tiem
bre
oct
ub
re
no
viem
bre
dic
iem
bre
inso
laci
on
wh
/m2
/dia
meses
TOTAL (wh/m2/día)
promedio
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
velo
cid
ad (
m/s
)
Promedio al mes
Promedio al dia
máximo al dia
mínimo al dia
53
FIGURA 2.8: Dirección del viento
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.7 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio de 5,8 m/s de velocidad de viento
correspondiente al mes de Septiembre; mientras que la figura N° 2.8 representa la
dirección predominante de viento que es de sureste (SE) en un porcentaje de 62%.
FIGURA 2.9: Velocidad de viento mes de OCTUBRE del 2013.
Realizado por: Wilson Tocte.
6%
15%
62%
7% 6%
direccion
Norte N
Noreste NE
Este E
Sureste SE
Sur S
Suroeste SW
Oeste W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
velo
cid
ad (
m/s
)
Promedio al dia
máximo al dia
mínimo al dia
Promedio al mes
54
FIGURA 2.10: Dirección del viento
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.9 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 3,4 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Octubre; mientras que la figura N° 2.10
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de
36%.
FIGURA 2.11: Velocidad de viento mes de NOVIEMBRE del 2013.
Realizado por: Wilson Tocte.
5% 8%
16%
36% 5%
4% 20%
direccion
Norte N
Noreste NE
Este E
Sureste SE
Sur S
Suroeste SW
Oeste W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
velo
cid
ad (
m/s
)
Promedio al dia
máximo al dia
mínimo al dia
Promedio al mes
55
FIGURA 2.12: Dirección del viento
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.11 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 2,7 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Noviembre; mientras que la figura N° 2.12
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de noreste (NE) en un porcentaje de
37%.
FIGURA 2.13: Velocidad de viento mes de DICIEMBRE del 2013.
Realizado por: Wilson Tocte.
8%
7%
12%
20%
5% 7%
37%
direccion
N
NE
E
SE
S
SW
W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
velo
cid
ad (
m/s
) Promedio al dia
máximo al dia
mínimo al dia
Promedio al mes
56
FIGURA 2.14: Dirección del viento
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N°2.13 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 3,4 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Diciembre; mientras que la figura N° 2.14
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de
34%.
FIGURA 2.15: Velocidad de viento mes de ENERO del 2014.
Realizado por: Wilson Tocte.
5% 6%
14%
34%
5%
4%
26%
direccion
N
NE
E
SE
S
SW
W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
Vel
oci
dad
(m
/s)
Promedio al mes
Promedio al dia
máximo al dia
mínimo al dia
57
FIGURA 2.16: Dirección del viento
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.15 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 3,1 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Enero; mientras que la figura N° 2.16
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de
39%.
FIGURA 2.17: Velocidad de viento mes de FEBRERO del 2014.
Realizado por: Wilson Tocte.
5% 8%
17%
39%
8%
15%
direccion
N
NE
E
SE
S
SW
W
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
velo
cid
ad (
m/s
)
Promedio al dia
máximo al dia
mínimo al dia
Promedio al mes
58
FIGURA 2.18: Dirección del viento.
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.17 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 2,2 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Febrero; mientras que la figura N° 2.18
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de
17%.
FIGURA 2.19: Velocidad de viento mes de MARZO del 2014.
Realizado por: Wilson Tocte.
12%
9%
14%
17% 14%
13%
5%
12%
direccion
N
NE
E
SE
S
SW
W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
VEL
OC
IDA
D (
m/s
)
Promedio al dia
máximo al mes
mínimo al mes
Promedio al mes
59
FIGURA 2.20: Dirección del viento.
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.19 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 2,8 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Marzo; mientras que la figura N° 2.20
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de
26%.
FIGURA 2.21: Velocidad de viento mes de ABRIL del 2014.
Realizado por: Wilson Tocte.
7%
18%
26%
6%
6%
25%
direccion
N
NE
E
SE
S
SW
W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
VEL
OC
IDA
D (
m/s
)
Promedio al dia
máximo al mes
mínimo al mes
Promedio al mes
60
FIGURA 2.22: Dirección del viento.
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.21 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 3,4 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Abril; mientras que la figura N° 2.22
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de
96%.
FIGURA 2.23: Velocidad de viento mes de MAYO del 2014.
Realizado por: Wilson Tocte.
96%
3%
Direccion
N
NE
E
SE
S
SW
W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
VEL
OC
IDA
D (
m/s
)
Promedio al dia
máximo al mes
mínimo al mes
Promedio al mes
61
FIGURA 2.24: Dirección del viento.
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.23 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 3,7 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Mayo; mientras que la figura N° 2.24
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de
40%.
FIGURA 2.25: Velocidad de viento mes de JUNIO del 2014.
Realizado por: Wilson Tocte
9%
31%
40%
7% 5%
4%
direccion
N
NE
E
SE
S
SW
W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
VEL
OC
IDA
D (
m/s
)
Promedio al dia
máximo al mes
mínimo al mes
Promedio al mes
62
FIGURA 2.26: Dirección del viento.
Realizado por: Wilson Tocte
Análisis
La siguiente figura N° 2.25 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 4,7 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Junio; mientras que la figura N° 2.26
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de
68%.
FIGURA 2.27: Velocidad de viento mes de JULIO del 2014.
Realizado por: Wilson Tocte.
15%
68%
5%
4%
DIRECCION
N
NE
E
SE
S
SW
W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
VEL
OC
IDA
D (
m/s
)
Promedio al dia
máximo al mes
mínimo al mes
Promedio al mes
63
FIGURA 2.28: Dirección del viento.
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.27 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 3,4 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Julio; mientras que la figura N° 2.28
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la dirección predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de
69%.
FIGURA 2.29: Velocidad de viento mes de AGOSTO del 2014.
Realizado por: Wilson Tocte.
22%
69%
3% 5%
Direccion
N
NE
E
SE
S
SW
W
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
VEL
OC
IDA
D (
m/s
)
Promedio al dia
máximo al mes
mínimo al mes
Promedio al mes
64
FIGURA 2.30: Dirección del viento.
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis
La siguiente figura N° 2.29 muestran los valores promedios tomadas en cada uno
de los días que representan, los valores mínimos, máximos y promedios que se
tiene al día, dando como resultado un promedio mensual de 5,4 m/s de velocidad
de viento correspondiente al mes de Agosto; mientras que la figura N° 2.30
representa las diferentes direcciones de viento durante el mes, dando como
resultado que la predominante es de sureste (SE) en un porcentaje de 36%.
2.5.1 Promedio anual de velocidad de viento.
Tabla 2.6: Promedio anual de velocidad de viento.
Mes Dirección Promedio (m/s) Máximo Mínimo
sep-13 SE 5,3 13,2 0,0
oct-13 SE 3,0 12,5 0,0
nov-13 NW 2,5 9,5 0,0
dic-13 SE 2,7 9,8 0,0
ene-14 SE 2,4 13,2 0,0
feb-14 SE 2,0 8,5 0,0
mar-14 SE 3,4 11,2 0,0
abr-14 SE 3,5 10,9 0,0
6%
10%
36%
25%
6%
10%
Direccion
N
NE
E
SE
S
SW
W
65
may-14 SE 3,7 10,9 0,0
jun-14 SE 4,7 10,9 0,0
jul-14 SE 5,2 10,2 0,0
ago-14 SE 5,4 14,0 0,0
Promedio 3,7
Realizado por: Wilson Tocte.
FIGURA 2.31: Promedio anual de velocidad de viento
Realizado por: Wilson Tocte.
Análisis e interpretación de resultados
La tabla N° 2 .6 representa los datos promedios en cada uno de los meses, como
dirección de viento predominante Noreste (NW) en el mes de Noviembre y el
Sureste (SE) en el resto de los meses; mientras que la figura N° 2,31 muestran los
valores promedio general tomadas en cada uno de los meses que representan los
valores mínimos y máximos, dando como resultado un promedio anual de 3,7 m/s
de velocidad de viento en la dirección predominante que esta entre Sureste y
Noreste.
2.6 Estimación del consumo de agua en la Villa Totoras
De acuerdo al problema del tema de investigación se realiza un estimado de agua
que requieren los animales que existen en el lugar, entonces se tomó muestras
durante el mes de Julio donde se puede apreciar los siguientes valores.
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
sep
-13
oct
-13
no
v-1
3
dic
-13
ene
-14
feb
-14
mar
-14
abr-
14
may
-14
jun
-14
jul-
14
ago
-14
velo
cid
ad (
m/s
)
Promedio mensual
máximo
mínimo
PROMEDIO ANUAL
66
Tabla 2.7: Promedio actual de consumo de agua mes de julio 2014.
cantidad animales consumo
diario c/u
promedio
litros/día
promedio
litros/mes
promedio
litros/año
10 ovinos 2,5 25 750 9000
8 porcinos 6 48 1440 17280
20 aves 1 20 600 7200
12 ganado vacuno 40 480 14400 172800
8 ganado lechero 60 480 14400 172800
total 1053 31590 379080
Realizado por: Wilson Tocte.
En conclusión la demanda actual del agua en la Villa Totoras perteneciente a la
comuna Wintza como se muestra en la tabla 2.7, es de un aproximado de 1053
litros/día para los abrevaderos. Por lo general las bombas centrifugas existentes en
nuestro país varían de acuerdo a su potencia y caudal de succión, para nuestro
caso se usara una bomba de un hp que succionara un caudal máximo aproximado
de 35 litros/minuto.
2.7 Hipótesis
Se ha citado dos hipótesis:
La hipótesis Aceptada (H1): ¿La implementación de un sistema de
generación eléctrica hibrida mejorará la extracción de agua subterránea?
La hipótesis Nula (H0): ¿La implementación de un sistema de generación
eléctrica hibrida no mejorará la extracción de agua subterránea?
La hipótesis (H1) se verifica con la validación de los objetivos propuestos.
a) Sí se cumple el objetivo general debido a las bondades que presenta la
zona en velocidad de viento en 3,7m/s y radiación solar en
4929,55Wh/m2/día en promedios al año, son aptos para la generación de
electricidad por ende podemos extraer agua subterránea.
b) Sí se cumple los objetivos específicos porque podemos diseñar, calcular
dimensionar y obtener una excelente puesta en marcha la implementación.
Regla de decisión: entonces la H1 sí se verifica, por lo tanto se decide realizar la
propuesta “Diseño e implementación de un sistema de generación eléctrico
hibrido, mediante el uso de energías solar-eólica, para la extracción de agua
subterránea para el abrevadero de la Villa Totoras”.
67
3 CAPITULO III
CAPITULO III
3.1 PROPUESTA
3.1.1 Desarrollo de la propuesta
Tema: “Diseño e implementación de un sistema de generación eléctrico hibrido,
mediante el uso de energías solar-eólica, para la extracción de agua subterránea
para el abrevadero de la villa totoras, comuna Wintza, cantón Latacunga, año
2014”
3.1.2 Datos Informativos.
VILLA TOTORAS EN LA COMUNA WINTZA.
País: Ecuador
Provincia: Cotopaxi
Cantón: Latacunga
Parroquia: Toacaso
3.1.3 Justificación
En calidad de estudiante de electromecánica a sido mi interés estudias las energías
alternativas y aplicarlos en propuestas reales como estas, la implementación es
factible económicamente por cuanto los usuarios cuentan con el presupuesta que
requiere, los habitantes de la zona como el investigador y el tutor estamos en la
capacidad de diseñar e implementar estos proyectos sustentables en cuanto a la
generación de electricidad se abarque.
68
El principal problema que se ha encontrado en la villa totoras de la parroquia
Toacaso es la falta de aprovechamiento de fuente de agua subterránea debido al
difícil acceso que se tiene para extraerla, lo cual repercute en la utilización del
agua. Esta situación se presenta porque no se posee un sistema de generación de
energía eléctrica que pueda abastecer y poner en funcionamiento una bomba
eléctrica que succione el agua de manera rápida y pueda satisfacer a los
abrevaderos de mejor manera.
Por tal razón, se propone el “diseñar e implementar un sistema de generación
eléctrico hibrido, mediante el uso de energías solar-eólica, para la extracción de
agua subterránea para el abrevadero de la villa totoras, comuna Wintza, cantón
Latacunga, año 2014”, donde se analizará una nueva tecnología científica en la
cual se utilizará energías renovables.
Con éste diseño se realizará una serie de procesos de cálculo, para tener los
elementos o componentes que el sistema necesita para su respectiva instalación y
así optimizar de mejor manera la generación eléctrica, realizando un balance
adecuado entre cada uno de los cálculos y procesos de aplicación, desde un punto
de vista técnico y económico.
En tal sentido se pretende desarrollar nuevas maneras de aprovechar las energías
renovables en la generación de electricidad a su vez usar el recurso hídrico para el
crecimiento y producción de animales de corral mejorando su calidad de vida y
por ende el crecimiento económico, social, productivo de la comunidad,
parroquia, provincia y el país.
3.1.4 Objetivos
3.1.4.1 Objetivo General
Diseñar e implementar un sistema hibrido de generación eléctrica utilizando
energías alternativas (solar y eólico) para la extracción de agua subterránea que
alimente los abrevaderos ubicado en la villa Totoras, comuna Wintza, parroquia
Toacaso, cantón Latacunga, año 2014.
69
3.1.4.2 Objetivos específicos:
Analizar y procesar los datos obtenidos con el anemómetro, piranómetro,
para demostrar los recursos existentes en el lugar, la aplicación de
cálculos, para determinar el requerimiento energético y la respectiva
adquisición de los componentes del sistema.
Diseñar el sistema hibrido de captación solar-eólico poniendo en práctica
la teoría y cálculos aprendidos, para obtener una excelente puesta en
marcha del proyecto.
Implementar el sistema hibrido con los equipos adecuados de acuerdo a los
requerimientos calculados, procurando un óptimo y correcto
funcionamiento.
3.2 Análisis de factibilidad
Factibilidad técnica
La propuesta proyectada sobre el diseño de un sistema hibrido eólico –
fotovoltaico para generar energía eléctrica es factible desde un punto de vista
técnico ya los paneles fotovoltaicos, aerogenerador, los elementos que conforman
el sistema son equipos tecnológicos que existen en el mercado local, además tiene
acceso viable para la zona.
Factibilidad operativa
Desde el punto de vista operativo es factible la propuesta debido a que el área
geográfica en la cual se encuentra la villa totoras proporciona el recurso eólico -
solar aceptables ya que estos son determinantes de un proyecto factible,
respaldados con la teoría consultada, y que el nivel promedio de la velocidad del
viento es 6,54 𝑚 ⁄ y de la radiación solar es 4,92 KWh/𝑚2/día, los mismo que
mediante un análisis se estableció como valores aceptables, lo cual permitirá
implementar un sistema hibrido para la generación de electricidad y cubrir las
necesidades energéticas requeridas por la bomba, con el afán de aprovechar los
recursos naturales que nos brinda el lugar de estudio.
70
Factibilidad económica
La propuesta planteada tiene una inversión de $ 4.775,95 del costo económico de
proyecto en todo su estudio e implementación.
Los beneficios a tener serán los siguientes:
Se tiene un promedio de consumo de potencia instalada de 2791, 8
Wh/dia, ó 83,754 Kwh/mes, con esto calculamos el valor de ahorro de
energía.
𝑚
Luego multiplicando por el número de meses que tiene el año estaría ahorrando
$100,83 al año.
Además se tiene una producción de pastos en un 25% más del actual lo
que se estaría ahorrando 720 $ anuales en la compra de los mismos.
El ahorro en el costo del transporte del agua hacia la villa en 720 $ anual
que comúnmente se paga para llevar el agua hacia el lugar.
El ahorro del costo del agua aproximadamente en 60$ anuales que por lo
general se paga por mantenimiento del sistema.
Incremento de ganancias en producción de animales en un 25%
aproximadamente lo que dará un valor de 700$ anuales estimados como se
detalla en el anexo J (1/1).
Teniendo como beneficio total de $ 2300,83 al año.
De acuerdo al análisis de la relación costo beneficio se tiene que el punto de
equilibrio de recuperación estimado es en un plazo de 2 años para recuperar la
inversión del proyecto. A partir de este plazo podemos tener ganancias netas en
beneficios mencionados.
3.3 Diseño y dimensionamiento del sistema de captación de energía solar.
3.3.1 Cálculo de la Energía Requerida del Sistema o Demanda Energética.
De acuerdo al planteamiento del problema, se tiene equipos de cargas de AC
como es la bomba de agua y las luminarias, donde se agrega un porcentaje de
71
energía adicional tomando en cuenta el rendimiento del inversor (% consumo del
Inversor), como se puede ver en la tabla 3.1 el valor total de la potencia eléctrica
que se consume cada uno de los equipos es de 2791,80 vatios/hora al día.
Tabla 3.1: Demanda energética diaria en la villa totoras.
DEMANDA DE ENERGÍA DIARIA EN LA VILLA TOTTORAS
Equipos
AC
(Voltios)
(V)
Potencia
(W)
Cantidad
(N)
Potencia
Total
Utilización
(h)
Energía
(Wh/día)
Bomba 110 746 1 746 3 2238
Focos 110 50 2 100 3 300
Subtotal 846 2538
Consumo
del
inversor
10% del
subtotal 84,60 253,80
TOTAL 930,60 2791,80
Elaborado por: Wilson Tocte.
3.3.2 Estimación de pérdidas.
Para ello se debe considera los datos señalados en el Capítulo I en la sección
1.2.9.1 Estimación de pérdidas. Del sistema fotovoltaico, que se muestran en la
tabla 3.2 para realizar el cálculo.
Tabla 3.1: Coeficiente de pérdidas del sistema
Coeficiente de pérdidas (rendimiento del acumulador) kb 0,05
Coeficiente de pérdidas en el inversor Kc 0,005
Coeficiente de pérdidas (Transmisión, efecto Joule, etc.) Kv 0,05
Coeficiente de autodescarga diaria de las baterías Ka 0,05
Días de autonomía de la instalación Da 2
Profundidad de descarga diaria de la batería Pd 80%
Elaborado por: Wilson Tocte.
72
3.3.3 Rendimiento global de la instalación fotovoltaica.
Mediante la ecuación 1.4 se obtuvo el valor de rendimiento global
( ) (
)
( ) (
)
3.3.4 Dimensionamiento de los paneles.
Tabla 3.2: Datos para dimensionamiento de paneles.
Radiación del Lugar 𝐺D 4,929 kwh/m2/dia
Demanda de energía total
del sistema T 2791,8
Rendimiento global G 78,31%
Elaborado por: Wilson Tocte.
Aplicando la ecuación 1.6 se consiguió:
𝐺 [ ]
[ ]
[ ]
Empleando la ecuación 1.7, el número de paneles será:
Donde PN es la potencia del panel que vamos a usar en nuestro caso será de 100w.
[ ]
[ ]
Como el resultado de número de paneles fue un número decimal, se considera la
aproximación como se estipulo en el Capítulo I en la sección 1.2.9.1
dimensionamiento de paneles solares, entonces el número de paneles será:
Se deberá utilizar 7 paneles de 100 W cada uno.
73
3.3.5 Dimensionamiento del Sistema de Acumulación.
Para el dimensionamiento del sistema de baterías, se calculó con los siguientes
pasos:
Se calculó El rendimiento de la batería con la ecuación 1.24.
𝑛
𝑛
𝑛
Energía diaria de acumulación requerida 𝑄 se aplicó la ecuación 1.25:
𝑄 𝑛
[
]
𝑄
[
]
𝑄 [
]
Capacidad diaria de acumulación se obtuvo mediante la ecuación 1.26:
𝑄
[
]
[
]
[
]
El valor de la profundidad de descarga PdD, se indica en el Capítulo I en la
sección 1.2.9.1 Estimación de perdidas, lo cual nos establece el dato adecuado
para aplicarlo.
La capacidad total de la batería , se consiguió usando la ecuación 1.27,
durante la investigación se analizó las variaciones de clima en el lugar del
proyecto y determino un día de autonomía:
[ ]
[ ]
[ ]
Aplicando la ecuación 1.28, se obtiene el número de baterías: donde se asume
Capacidad de la batería que se va a utilizar es de 105 Ah.
74
Se deberá usar 3 baterías, de 105Ah cada una. Para un día (24 horas) de
autonomía.
3.3.6 Dimensionamiento del Inversor.
Se utilizará la ecuación 1.29 y la potencia total en AC ya calculada en la tabla
3.10.
[ ]
[ ]
[ ]
Entonces se utilizara deberá usar un inversor de 1200Wcomo mínimo
3.3.7 Dimensionamiento del Regulador (controlador).
Para dimensionar el regulador (controlador) se utilizará la ecuación 1.22:
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
Entonces se utilizará un regulador de 30 A.
3.3.8 Dimensionamiento de los Conductores.
Para el dimensionamiento de los conductores se requiere las distancias entre cada
uno de los componentes, para lo cual se considerará las distancias mostradas en la
Tabla: 1.8 capacidad de corriente de conductores AWG. En el capítulo I.
75
La corriente del regulador, se usará en las conexiones: Panel - panel, panel –
regulador.
[ ]
Entonces se debe utilizar un calibre AWG número 10 proyectando a una caída de
tensión
La conexión batería – inversor, se considerará la corriente requerida por ,
mediante la ecuación 1.31.
Entonces se debe utilizar un calibre AWG número 4 proyectando a una caída de
tensión
La conexión inversor – breaker de carga AC, se considerará la corriente requerida por
la carga AC, aplicando la ecuación 1.32.
Para el cálculo de la caída de tensión y calibre de conductor Panel – Panel,
se considera un cable 10 AWG (6 𝑚𝑚2).
Para el cálculo de caída de tensión y calibre de conductor Panel –
Regulador, se considera un cable 10 AWG (6 𝑚𝑚2).
Para el cálculo de caída de tensión y calibre de conductor regulador –
batería, se debe considerar un cable 10 AWG (6 𝑚𝑚2).
Para el cálculo de caída de tensión y calibre de conductor batería –
inversor, se considera un cable 4 AWG (21 𝑚𝑚2).
Para el cálculo de caída de tensión y calibre de conductor inversor –
breaker carga AC, se considera un cable 12 AWG (3,3𝑚𝑚2).
76
Para calcular la caída tensión de voltaje en los conductores se utilizarán la
ecuación 1.30, como se vio en el Capítulo I en la sección 1.4.2.4.
Dimensionamiento de conductores, el porcentaje de caída de voltaje se calculara
como se muestra a continuación.
Además se debe considerar que las caídas de tensión no sobrepasen los límites
establecidos en la tabla 1.7. Para lo cual las caídas de voltaje que se tiene entre los
equipos instalados serán las siguientes:
Tabla 3.3: Caídas de tensión en conductores.
Distancia
m
Número
Conductores AWG R Ω/m
Corriente
A Voltaje V ΔV %
Panel -
Panel 2 2 10 0,00327 26,04 12 1,41
Panel -
Controlador 3 2 10 0,00327 26,04 12 1,77
Controlador
- Batería 1 2 10 0,00327 26,04 12 0,57
Batería -
Inversor 0,8 2 4 0,0008 77 12 0,45
Inversor -
Carga AC 1,2 2 12 0,00513 4,48 110 0,05
Elaborado por: Wilson Tocte.
3.4 Diseño y dimensionamiento del sistema de captación de energía eólica.
3.4.1 Promedio de Velocidad Total del Viento para la altura final a
instalarse.
La velocidad total del viento para los respectivos cálculos se obtuvo mediante el
promedio de la velocidad del viento que se consiguió con el procesamiento de
datos mediante la estación meteorológica profesional de pantalla táctil, teniendo
77
en cuenta la altura inicial que se colocó la estación meteorológica fue de 9 metros
para la respectiva medición, la altura final que se pretende poner el aerogenerador
es de 14 metros, de acuerdo a la rugosidad del terreno que se tiene en esa zona.
Mediante la ecuación (1.15) se obtuvo el valor de la rugosidad. Con la ayuda de la
tabla 1.6: clases y de longitudes de rugosidad, se fijó que hr = 0,04, interpolando
la longitud de rugosidad entre las clases 1 y 1,5 (0,03 – 0,055) en función de las
características del paisaje en la zona de emplazamiento.
Tenemos que ( r >0,03); entonces:
𝑛 ( ) ( )
𝑛 𝑛( ) ( )
𝑛 ( )
𝑛
Aplicando la ecuación (1.13) se calcula el promedio de la velocidad total del
viento, considerando los valores que se ve en la tabla 3.4 para el siguiente cálculo:
Tabla 3.4: Datos para el cálculo del promedio.
Velocidad inicial 0 3,70 m/s
Altura inicial 0 9 m
Altura final de la torre 14 m
Rugosidad 𝑛 1,2893
Elaborado por: Wilson Tocte.
(
𝑜)
𝑚
(
)
𝑚
Entonces se establece que a una altura de 14 metros de altura desde el suelo
tendremos una velocidad promedio del viento en 6,54m/s.
78
3.4.2 Dimensionamiento del aerogenerador
Para lo cual se debe seguir los siguientes pasos:
Se calcula el área de barrido del rotor A, con la ecuación 1.16:
( 𝑚)
𝑚
Luego se calcula la potencia en función del área de barrido con la ecuación 1.17.
𝑚 ( 𝑚)
𝑚
Se debe calcular la intensidad de turbulencia con la ecuación 1.18.
𝜎
𝑚 ⁄
𝑚 ⁄
La potencia disponible del viento se calcula mediante la ecuación 1.11,
anteriormente estudiada en el capítulo I:
Reemplazando tenemos a (6,54 m/s)
𝑚 𝑚 (
𝑚
)
La potencia eléctrica se calcula a través de la ecuación 1.19, como se muestra a
continuación:
𝑛
De acuerdo a la curva característica de los fabricantes de aerogeneradores la
eficiencia será: n= 95%
79
Para calcular el número de revoluciones por minuto de una eólica se obtiene a
partir de la ecuación 1.20, donde a una velocidad promedio es:
Reemplazando tenemos a (6,54 m/s)
𝑛 (
)
𝑛 (
𝑚)
𝑛 𝑝 𝑚
Finalmente se calcula la producción anual con la aplicación de la ecuación 1.21,
como se puede apreciar a continuación:
( 𝑛 ) ( ⁄ ) (
)
𝑚 𝑚 ( ⁄ ) (
)
𝑚
La producción anual de energía que se le divide para los 12 meses del año para
conocer cuánto produce la turbia en un mes y este resultado se le divide para los
30 días que generalmente tiene un mes y sabremos que el aerogenerador aportara
con 1,48 KWh/dia.
3.4.3 Análisis de los cálculos del sistema.
A continuación se detalla un breve cálculo sobre el análisis realizado. Se
multiplicó la potencia del panel a utilizar que en este caso es de 100W, con el
nivel promedio de radiación solar del lugar de estudio 4,92kWh/𝑚2/día. Energía
diaria del panel = 492 Wh/día.
80
Luego se multiplico la energía diaria del panel 492 Wh/día. Por cuatro paneles
que se va a poner en el sistema, lo cual como resultado da que los cuatro paneles
de 100W, van a generar 1968Wh/día.
Mientras en el aerogenerador de 400W, se tomó el dato de la velocidad total del
viento 6,54 m/s, lo cual el aerogenerador generara aproximadamente 148 Wh/día.
Analizando se sabe que sumando la potencia que generan los paneles y el
aerogenerador nos da 2.116Wh/día que compensara la demanda energética
requerida en villa totoras.
NOTA: Los cálculos presentados anteriormente fueron realizados con los niveles
más bajos de radiación solar y velocidad del viento, con la finalidad de saber si el
sistema propuesto funcionara bajo los parámetros del rendimiento requerido de los
equipos en días de escases, teniendo en cuenta que los paneles funcionaran todo el
día y que el aerogenerador estará en funcionamiento tanto en el día como la
noche. Teniendo presente que los datos en ciertos meses van hacer altos, lo que
hará que el sistema tenga un correcto funcionamiento cumpliendo así con las
expectativas trazadas.
3.4.4 Diseño del diagrama unifilar del sistema hibrido
Una vez conocido los parámetros del rendimiento requerido, especificaciones
técnicas y las características de cada uno de los equipos se realizó el diseño del
sistema hibrido mediante un diagrama unifilar como se muestra en el plano del
anexo K, donde figuran la conexión eléctrica de los generadores solar-eólico
conectados entre sí mediante conductores diferenciados (positivo-negativo),
breakers switchs, controladores de carga y fusibles de protección señalan como
está conectado el sistema.
El diseño detallado para la implementación de cada uno de los componentes ya
estudiados del sistema hibrido en base a los requerimientos técnicos y la ubicación
de los mismos, se realizó los respectivos planos tomando en cuenta la
disponibilidad del espacio que se tiene en el lugar como se puede apreciar en los
planos de los anexos (L; M; N).
81
3.4.5 Listado de Equipos y sus características técnicas del sistema hibrido.
3.4.5.1 Turbina de Viento ALEKO FDH400-12/CC.
Aerogenerador FDH400, adopta materiales de alta calidad de aleación de aluminio
y accesorios de acero inoxidable, que es un peso ligero. Tiene una alta fiabilidad
lo que puede ser aplicable a diferentes condiciones de trabajo, tales como el clima
severo, con una temperatura ambiente de -30 a 60°C, humedad alta, ambientes
con arena y sal corrosiva. Los aerogeneradores operan mediante la captura de la
energía cinética del aire en movimiento el viento. Ellos convierten en movimiento
de rotación para girar un alternador que produce energía eléctrica. La energía
eléctrica debe ser regulada a un voltaje para cargar las baterías del sistema, y por
lo tanto tiene un sistema para evitar la sobrecarga de las baterías y vuelva a cargar
cuando cae el voltaje de la batería.
El FDH400 cumple todos estos objetivos mediante la incorporación de un
alternador trifásico sin escobillas de imán permanente y la electrónica con
microprocesador controlado para optimizar su capacidad de producción de
energía. El microprocesador ajusta continuamente la carga del alternador para
mantener las cuchillas funcionando a su ángulo óptimo de ataque. El resultado es:
• La producción de alta potencia
• Alta eficiencia de la hoja
• Ruido cuchilla inferior.
3.4.5.1.1 Especificaciones técnicas del aerogenerador
Tabla 3.5: Especificaciones técnicas del aerogenerador
ALEKO FDH400 Turbina de Viento
Diámetro del rotor. 1.17m
Puesta en marcha. 3,8m/s
Velocidad del viento 12m/s
Potencia nominal 400W
Tensión nominal DC 12v
82
Numero de aspas 3
Velocidad máxima del viento. 25m/s
Certificados CE,ISO90001, ETL
Regulación Punto de ajuste 14,1 voltios
Rango de ajuste del regulador 13,6v a 17,0v (aproximadamente)
Tamaño recomendado del
fusible 40 amperios (golpe lento)
Realizado por: Wilson Tocte.
Curva de poder de la turbina de viento FDH100.
FIGURA 3.1: Curva de poder potencia vs velocidad
Realizado por: Wilson Tocte.
3.4.5.2 Modulo Solar RENOGY RNG-100D
RENOGY es capaz de proporcionar un suministro continuo de electricidad
mientras se acampara en seco o en cualquier otra situación en la que la
electricidad convencional no está disponible. Un panel solar de alta calidad que
cuenta con las células solares de silicio de alta eficiencia que son fabricados en los
Estados Unidos. Estas células solares producen electricidad de corriente continua
cuando es iluminado por la luz del sol.
FIGURA 3.2: Panel solar RENOGY RNG-100D
Realizado por: Wilson Tocte.
83
El positivo (+) y negativos (-) salidas de un panel solar se alimentan a través de
una caja de conexiones a prueba de agua. El cable adecuado longitud está
conectado a la caja de conexiones para otras conexiones. Los paneles solares
suministran con estos kits se proporcionan con aproximadamente 2 pies. Cada uno
de los cables positivos y negativos que están pre-conectados a la caja de
conexiones. Los extremos libres de los cables se terminan con un tipo de
apareamiento especial de conectores MC4 para facilitar la ampliación de estos
cables para otras conexiones. MC4 son conectores macho y hembra. Este tipo de
sistema de conector es fácil de instalar y utiliza un tipo de clips de seguridad de
bloqueo para evitar ser desconexión. Además, los contactos de acoplamiento están
sellados contra la entrada de polvo y agua.
3.4.5.2.1 Especificaciones técnicas del módulo solar
Tabla 3.6: Especificaciones técnicas del módulo solar.
Número de Modelo RNG-Mono 100D
De potencia máxima (Pmax) (W): 100
Producción Tolerancia (%) ± 3
Tensión de máxima potencia (Vmp) (V): 18
Corriente de máxima potencia (Imp) (A): 5,56
Voltaje de circuito abierto (Voc) (V): 21,24
Corriente de cortocircuito (Isc) (A): 6,11
Tensión máxima del sistema (VDC): 600
Tipo de célula solar Mono
Cantidad de células solares 36 de (125 x 125mm)
Clase frontal 3,2 mm de vidrio templado
Datos técnicos del AII en las condiciones de ensayo estándar
STC: irradiación 1000W / m2, temperatura del módulo 25 ° C, AM = 1,5
Estructura de aleación de aluminio anodizado
Garantía de rendimiento: 90% de salida de 25 años.
Realizado por: Wilson Tocte.
84
3.4.5.3 Controlador Solar PROSTAR (30A)
FIGURA 3.3: Controlador solar PROSTAR
Editado por: Wilson Tocte.
El controlador solar ProStar de Morningstar es el líder mundial en controladores
solares de mediano rango, ya sea para aplicaciones profesionales como para el
consumidor en general.
Características:
Versiones disponibles: 15 o 30 amperios 12 / 24 o 48 voltios
Vida útil de 15 años (estimado).
Carga de baterías mediante PWM (sin derivación)
Selección del tipo de batería: gel, sellada o con líquido
Controles y medidas muy precisas
Puente para eliminar el ruido de telecomunicaciones
Paralelo para hasta 30 Amperios
Compensación de temperatura
Tropicalización: revestimiento de protección, fijadores de acero inoxidable
y disipador de calor de aluminio anodizado
No es necesario conmutación ni medición en la pierna aterrada
Componentes de estado sólido, 100%
Caídas de tensión muy pequeñas
Desconexión por baja tensión con compensación de corriente.
Indicación de status y fallas de batería a través de LED
Capaz de suportar sobrecargas hasta del 25%.
Terminales remotos con sensores de tensión de batería.
85
3.4.5.3.1 Características técnicas del Controlador ProStar (30A)
Tabla 3.7: Puntos de ajuste de las baterías (a 25ºc)
Gel Sellada Con líquido
LVD 11,4 11,4 11,4
Reconexión LVD 12,6 12,6 12,6
Regulación PWM 14 14,15 14,4
Flotación 13,7 13,7 13,7
Ecualización N/D 14,35 14,9
Desconexión por alta
tensión (solar) 15,2 15,2 15,2
Desconexión por alta
tensión (carga) 15,3 15,3 15,3
Realizado por: Wilson Tocte.
Tabla 3.8: Especificaciones eléctricas del Controlador ProStar (30A)
12v 24v 48v
Compensación – 30mV – 60mV – 120mV
de temperatura (mV/°C)
Precisión 40mV 60mV 80mV
Mínima temperatura de operación 8V 8V 15V
Autoconsumo 22mA 25mA 28mA
Coeficiente de corriente LVD 20mV 40mV 80mV
Algoritmo de carga PWM, tensión constante
Temperatura de operación – 40°C a + 60°C Realizado por: Wilson Tocte.
3.4.5.4 Especificaciones del Inversor whistler (1600W/3200W).
FIGURA 3.4: Inversor WHISTLER PRO (1600W)
Realizado por: Wilson Tocte.
El inversor esté Whistler tiene la capacidad de proporcionar una salida de potencia
(exceso de corriente) igual a aproximadamente dos veces su capacidad nominal
86
potencia para un período muy breve, que está diseñado para operar equipos y
aparatos con puesta en marcha potencia nominal de carga no superiores a su
propio máximo.
Características:
1. Tres Salidas de 110v CA
2. Operación Remota Jack El inversor está diseñado para ser operado desde
una ubicación remota a través de un interruptor WHISTLER Control
Remoto (P / N Pro-RS01) que se conecta a esta toma. Este accesorio
opcional está disponible a través de su distribuidor o WHISTLER
WHISTLER.
3. USB Puerto de alimentación Este puerto está siempre en independiente del
inversor de encendido / apagado.
4. Encendido / apagado Enciende la unidad de encendido / apagado.
5. Medidor de potencia digital
6. Encendido / apagado Luz indicadora El LED se ilumina en verde cuando
el inversor se alimenta en condiciones normales. Esta luz se volverá rojo y
el inversor se apagará automáticamente (excepto alarma de baja tensión)
cuando se presenta alguno de los siguientes problemas:
Protección contra cortocircuitos. El inversor se apagará hasta que se
elimina el corto.
Alarma de baja tensión. Una alarma sonará cuando el voltaje de la batería
se descarga a 10,5 +/- 0.5volts DC. Esto es una indicación de que la
batería necesita ser recargada.
Protección de sobre voltaje. El inversor convertirlo auto apagado cuando el
en puesto excede 15,5 +/- 0,5 voltios de corriente continua.
protección de bajo voltaje. El inversor convertirlo auto apagado cuando la
entrada es inferior a 10,0 +/- 0.5volts DC.
Protección de sobre carga. El inversor convertirlo auto apagado cuando el
empate continua o el sorteo incremento del equipo conducido excede la
potencia máxima para el inversor.
87
Protección térmica. El inversor se apagará automáticamente cuando la
temperatura interna supera los parámetros que está en diseño de seguridad
Ventiladores
7. Terminales de entrada de alimentación (Observe la polaridad correcta)
Nota: En caso de apagado automático o alarma audible continua, gire el inversor
OFF (ON) hasta que la fuente del problema relacionado ha sido determinado y
resuelto.
Tabla 3.9: Especificaciones técnicas del inversor Pro-1600W
ESPECIFICACIONES
Máxima potencia continua 1600 Watts
Capacidad (potencia máxima) 3200 Watts
Sin carga Consumo de corriente <1.0A
La forma de onda sinusoidal modificada
Rango operativo de voltaje 11-15 + 0,5 voltios de CC
AC receptable Tres salidas de conexión
USB 0,5 Volt 500mA Max
Dimensiones aproximadas 8.9 "L x 7.4" W x 3.54 "H
Peso aproximado 5.4 libras
Realizado por: Wilson Tocte.
3.4.5.5 Especificaciones de la batería (30H102L)
Baterías Ecuador garantiza un mayor rendimiento y una larga duración,
fabricando un producto de excelente calidad que cumple con los más altos
estándares internacionales. Lo que motivo al investigador a utilizar en el proyecto,
a continuación se detallan las características técnicas de la batería que cumple con
los requerimientos que el sistema necesita:
Tabla 3.10: Especificaciones técnicas batería (30H102L).
BATERÍA 30H HEAVY DUTY
MODELO 30H102L
Polos I/B
88
Número de Placas 17
Capacidad C20 (Ah) 105
Descarga Rápida 0°C 850
Descarga Rápida 26°C 1020
Capacidad de Reserva 190
Caja Tipo 30H
Largo (mm) 338
Ancho (mm) 162
Alto (mm) 214
I= TIPO AMERICANO B= CAJA BAJA
Realizado por: Wilson Tocte.
3.4.6 Pruebas de funcionamiento de los generadores (eólico-solar).
Las pruebas de funcionamiento del aerogenerador fue necesario simular el
movimiento de las aspas mediante un taladro manual que hace las veces de un
movimiento del viento, para lo cual se utilizó un multímetro para medir la voltaje
de salida y lámparas alógenas de 12v (50w) para comprobar su generación
eléctrica como se indica en el anexo F (1/1).
Las pruebas de funcionamiento de los módulos fotovoltaicos se las realizó antes
de efectuar la instalación como se puede apreciar en el anexo F (1/1). Para lo cual
fue necesario exponer los módulos a plena luz solar, para verificar su generación
eléctrica se usó un multímetro lo cual se mide el voltaje a la salida para contrastar
los datos de placa.
3.4.7 Instalación del Sistema solar
Para la implementación del sistema se diseñó los planos donde van a ser ubicados
todos los elementos de acuerdo al espacio establecido para lo cual se tuvo que
tomar las siguientes prioridades:
Bases para los anclajes de paneles solares
Se fundió una base de concreto de 3m x 3m con un espesor de 15cm, de tipo losa
en la parte superior de la casa de máquinas, para la sujeción, adecuación y apoyo
89
de los módulos fotovoltaicos, además esto constituye una manera de asegurar los
paneles expuestos a expropiación ajena, como se indica en el plano del anexo L
Adecuación del cableado eléctrico.
se realizó un diagrama unifilar para instalar las mangueras por donde se va a
instalar los cables eléctricos, además consta de caja térmica con interruptores que
serán utilizados para realización de un mantenimiento o como medida de
seguridad por cualquier eventualidad que se presente, como se indica en el anexo
3.20 diagrama de fuerza.
Instalación de los paneles fotovoltaicos.
Para la instalación de los paneles solares se realizó el siguiente procedimiento:
1. Se construyó unas bases metálicas para sujetar los paneles solares como se
puede apreciar en el anexo (L), teniendo en cuenta una inclinación de 15
grados para captar los rayos solares y evacuación del agua en caso de
lluvia, como se indica en la figura 3.6.
2. Ajustes y limpieza en la parte superior de la estructura, en la cual se
instalaron los paneles.
3. Dimensionamiento del cableado para las conexiones eléctrica entre los
paneles y el controlador. Para lo cual se usó conectores MC4 como se
indica en la figura 3.6.
FIGURA 3.5: Conexión eléctrica de los paneles
Realizado por: Wilson Tocte.
4. Se realizó una conexión en paralelo como se indica en el anexo (K) de los
paneles solares y comprobación de continuidad de los mismos, las celdas
90
se exponen a la radiación solar, y se midió el voltaje nominal, esto quiere
decir que el modulo fotovoltaico funciona correctamente.
5. Aseguramiento y colocación adecuada del módulo fotovoltaico, de
acuerdo a la dirección del sol como se aprecia en la figura 3.7.
FIGURA 3.6: Aseguramiento de los módulos
Realizado por: Wilson Tocte.
6. Finalmente modulo fotovoltaico terminado listo para su funcionamiento.
3.4.8 Instalación del sistema eólico.
Para la implementación del aerogenerador se realizó el siguiente proceso:
1. Se diseñó los planos del sistema eólico como se puede ver en el anexo (M)
de acuerdo al espacio, características y la necesidad del aerogenerador.
2. Se realizó la excavación del suelo de 1,80m de profundidad, con un ancho
de 1metro x 1metro para poder acomodar al poste de hormigón como se
muestra en el anexo H (1/2)
3. Reconocimiento y verificación de cada uno de los elementos necesarios
para armar la torre y montar el aerogenerador.
4. Cableado por el interior de los tubos de la torre y puesta de cauchos para
evitar la fricción en las uniones de los tubos.
5. Conexiones de los conductores de la salidas del aerogenerador a los
conductores que van a las baterías y el conductor que va a tierra.
6. Montaje de las aspas en el plato de acuerdo con los números marcados,
apriete de las tuercas para su aseguramiento.
7. Anclaje del tubo en el poste de hormigón con abrazaderas en tres puntos.
Como se muestra en el anexo H (1/1).
91
8. El levantamiento de la torre, para lo cual fue necesario la utilización del
carro grúa como se muestra en la siguiente figura 3.8.
FIGURA 3.7: Levantamiento del poste de hormigón.
Realizado por: Wilson Tocte.
9. Después del levantamiento de la torre se procedió:
A la conexión hacia la tierra mediante el cable verde y el conector abrazadera
con la varilla coperwell de 1,80 metros, como se puede ver en el anexo H (1/2)
A la conexión de los cables en la caja de breaker principal, aseguramiento de
pernos en las borneras de unión y verificación de voltaje en el sistema.
3.4.9 Instalación del Banco de Baterías.
Unas ves instaladas el sistema de generación solar-eólico se procede a la conexión
de las baterías con el siguiente procedimiento:
1) Ubicación y adecuación de las baterías con conectores de cobre que van en
los bornes de la batería como se puede ver en el anexo I (1/1).
2) Empalmes y aislamiento en los cables para la respectiva conexión paralelo
de las baterías, como se puede apreciar en el diagrama unifilar.
3) Instalación de los cables con sus respectivos empalmes y conectores de
cobre en los polos de las baterías
4) Finalmente banco de baterías listo para su correcto funcionamiento, con
conexión a las entradas de las baterías y su salida al inversor, como se
puede apreciar en el plano del anexo (N).
92
Instalación de protecciones del sistema.
Adicionalmente se instaló en la protección del aerogenerador a las baterías un
fusible de 20A como medidas de prevención ante elevación de corriente, de
acuerdo a la recomendación al fabricante se lo hace en la entrada de las baterías
para su protección ante cualquier eventualidad.
Conexiones a Tierra.
Como medida de seguridad se coloca a tierra de una Varilla coperwell, 5/8 x 1,80
metros la misma que fue enterrada como se puede observar en el plano del anexo
(M). La cual permitirá desviar las descargas atmosféricas a la tierra, y así no
causar daños a los equipos instalados.
3.4.10 Prueba de generación eléctrica instalada.
Las pruebas de funcionamiento del sistema se las realizó durante el transcurso de
toda la instalación como se pudo apreciar anteriormente y al finalizar se ejecutó
las pruebas finales en el día y en la noche mediante una bomba centrifuga de agua
de 558,75W y 1 lámpara de 35W, con un monitoreo permanente para comprobar
el correcto funcionamiento de la instalación.
Con el multímetro se midió y se comprobó las corrientes y voltajes de entrada y
de salida ya calculados anteriormente como se indica en la tabla 3.13, dichos datos
si cubren las necesidades requeridas por la demanda eléctrica que requiere la
bomba en el tiempo necesario para extraer el agua subterránea.
Tabla 3.11: Valores obtenidos en generación.
Voltaje de entrada 12v
Corriente de generación del módulo FV 21,16A
Corriente de generación del aerogenerador 10.25
Voltaje de salida 110v
Corriente de consumo al máximo 16, 19A
Corriente de consumo mínimo 5,39A
Carga instalada 1186,9 vatios
Realizado por: Wilson Tocte.
93
Tabla 3.12: Datos de valores de consumo por día.
Valor Fecha horas Bomba
(w)
Bombillo
(w)
Consumo total
(W)
1 08/09/2014 13h00/16h00 498 70 565
2 09/09/2014 14h00/17h50 530 71 601
3 10/09/2014 13h00/16h25 500 70 570
4 11/09/2014 12h00/16h00 556 72 628
5 12/09/2014 12h30/16h10 534 73 607
6 13/09/2014 13h30/17h00 567 75 642
7 14/09/2014 12h00/16h00 568 75 643
Total 7 días 24h54min 3753 506 4256
Realizado por: Wilson Tocte.
FIGURA 3.8: Consumo de potencia vs días.
Realizado por: Wilson Tocte.
Pruebas de extracción de agua subterránea.
Para comprobar la efectividad de extracción del agua se tuvo que realizar las
mediciones del caudal de descarga en los diferentes días en lo cual se obtuvieron
los siguientes datos como se muestra en la tabla 3.13.
Tabla 3.13: Caudal promedio por días
fecha horas caudal
(lit./min)
caudal
(lit./hora)
caudal
(lit./día)
08/09/2014 13h00/16h00 23 1380 4140
09/09/2014 14h00/17h50 23 1380 4830
500
550
600
650
po
ten
cia
(w)
Consumo wattios
promedio
94
10/09/2014 13h00/16h25 23 1380 4485
11/09/2014 12h00/16h00 23 1380 5520
12/09/2014 12h30/16h10 23 1380 4692
13/09/2014 13h30/17h00 23 1380 4554
14/09/2014 12h00/16h00 23 1380 5520
Promedio 4820,14 Realizado por: Wilson Tocte.
FIGURA 3.9: Promedio del caudal extraído al día.
Realizado por: Wilson Tocte.
3.4.11 Costo Económico del Proyecto.
Tabla 3.14: Costo económico del sistema hibrido.
Costos de equipos del sistema hibrido.
Cant. Descripción P. unitario P.subtotal
1 Aerogenerador ALEKO FHD400W 800,00 800,00
1 Panel fotovoltaico de 12V RENOGY 100
Watt. 300,00 1200,00
1 Controladores ProEstar (30 A) 150,00 150,00
2 Batería Ecuador 30H102L(105 Ah ) 150,00 300,00
1 Inversor WHISTLER PRO (1600W) 200,00 200,00
1 Poste de hormigón armado 12m 260,00 260,00
1 (anemómetro) Ambient Weather WS-2080 220,00 220,00
1 (Piranómetro) Ambient Weather TM-206
Solar 182,50 182,50
Costos de componentes para la instalación
1 flexo metro STANLEY 3m 3,50 3,50
1 Multímetro digital de gancho TRUPER 30,35 30,35
0
2000
4000
6000
cau
dal
(Li
tro
s)
caudal (lit/dia)
promedio
95
1 Destornillador estrella STANLEY 3,35 3,35
1 Destornillador plano STANLEY 2,55 2,55
1 Corta fríos 3,60 3,60
1 Pinzas 6,80 6,80
2 Taype 0,95 1,90
1 Bornera 12p H15A 12mm 1,50 1,50
1 Interruptor 3,35 3,35
200m CABLE #10 40,00 80,00
1 Bomba centrifuga de agua PEDROLLO 1HP 240,00 240,00
1 Válvula compuerta 1" PEGLER 16,00 16,00
2 Tuvo PVC1" 6m 12,00 24,00
2 Adaptador Flex 1" 0,50 1,00
1 Codo PVC 1" 0,50 0,50
1 Válvula check 1" 3,50 3,50
100m Manguera ¾ 60,00 60,00
5 días Mano de obra con tres personas 15,00 150,00
1 Grúa para el izaje del poste 70,00 70,00
Costos indirectos
90 días Transporte 3,00 270,00
90 días Refrigerios 1,75 157,50
1 Cámara digital 110,00 110,00
200h Internet 0,60 120,00
1 Flash memory GENIUS 2G 15,00 15,00
4 CDS 0,75 3,00
5 Lápices y borradores 0,40 2,00
6 Esferos 0,30 1,80
4 Carpetas 0,50 2,00
500 hojas de papel bon 0,05 25,00
4 Impresiones 10,00 40,00
Costo Total $ 4.775,95
Realizado por: Wilson Tocte.
96
3.5 CONCLUSIONES
En base al análisis realizado y los cálculos de radiación solar más la
velocidad de viento, se concluye que el recurso solar que se tiene en la
zona es de 4929,55 (Wh/m2/día) y el recurso eólico es de 6,54 m/s a una
altura de 14 metros sobre el nivel del suelo, los mismos que son aptos para
la realización del diseño e implementación que cubren el requerimiento
energético en la villa totoras que es de 2791,8 (Wh/día) diariamente.
En base a los cálculos realizados en la propuesta se requiere cuatro paneles
fotovoltaicos de 100vatios, un aerogenerador de 400vatios, tres baterías,
un controlador de carga de 30Amperios y un inversor de 1600 vatios,
mismos que interactuando entre si generan un promedio de 2700 vatios de
potencia al día.
La efectividad de succión y descarga del agua subterránea tomando en
cuenta las perdidas, se tuvo como promedio de 23 litros/ minuto, de tal
manera que se cubre la demanda del caudal (1053 litros/día) necesario para
mantener llenos los abrevaderos existentes en la villa totoras.
El generar energía eléctrica sin que exista un proceso de combustión o de
una etapa de transformación térmica supone, desde el punto de vista
medioambiental, un procedimiento muy favorable por ser una energía
limpia inagotable, en especial la energía eólica puede ser aplicada en
lugares inaccesibles para las redes de distribución convencional como son
los sectores rurales de nuestra hermosa provincia de Cotopaxi, ayudando
así al desarrollo de los pueblos y comunidades, para fortalecer el progreso
del país.
97
3.6 RECOMENDACIONES
Se debe recolectar la mayor cantidad de datos de radiación solar y
velocidad del viento en zonas específicas donde se va a aprovechar estos
recursos ya que estos valores cambian de acuerdo a la ubicación
geográfica clases y longitudes de rugosidad.
Procurar manejar con cuidado los paneles fotovoltaicos en su instalación
ya que está cubierto por vidrio templado, además se debe tomar en cuenta
su posición e inclinación al momento de realizar las bases que lo sujetan.
Para un mejor aprovechamiento en la captación de radiación solar con
paneles fotovoltaicos es necesario realizar una estructura con mecanismo
que puedan seguir el sol logrando que el sol incide perpendicularmente
hacia la superficie para así tener eficiencia en rendimiento energético.
Para la implementación del aerogenerador es necesario realizar el armado
de las partes en lugares donde no este expuesto a viento para evitar
accidentes con las hélices ya que podrían girar al momento del armado,
además de acuerdo a la altura se debe realizar el izaje con apoyo de carro
grúa.
De acuerdo a los datos del viento y en vista del tamaño del aerogenerador
es directamente proporcional a la energía que produce, se puede instalar
más aerogeneradores para producir mayor cantidad de electricidad.
Para la extracción del agua subterránea es necesario tomar en cuenta la
altura de succión, por el problema más común a la hora de bombear agua
para llevarla desde donde está hasta donde la necesita. Si hay una brecha
de aire alrededor del impulsor, la bomba probablemente no será capaz de
generar un flujo que pueda vencer la gravedad para lo cual se debe cebar
la bomba ya que no funcionaría si no se lo hace.
Se recomienda automatizar el sistema de control en el encendido y
apagado de la bomba en base a las horas de utilización de la misma, ya que
con eso aprovechamos de mejor manera la utilización del agua.
Es necesario realizar mantenimiento preventivo de los generadores de
acuerdo a la necesidad siguiendo el procedimiento descrito en cada uno de
los manuales.
98
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Bibliografía consultada:
GONZALES VELASCO Jaime; “Energías Renovables”. Editorial
Reverté, S.A; Barcelona; 2009; ISBN: 978-84-291-7912-5; Pag. 300, 301,
350.
JARA TIRAPEGUI Wilfredo; “Introducción a las Energías Renovables
No Convencionales”, Primera Edición ENDESA; Santiago de Chile;
Agosto 2006. Pág. 20, 21 y 22.
MORO VALLINA Miguel; “Instalaciones solares fotovoltaicas” tipos de
células fotovoltaicas. Primera edición; Ediciones paraninfo S.A; Madrid
España 2010. ISBN: 987-84-9732-776-3; Pag. 34, 35.
SCHALLENBERG Julieta, PIERNAVIEJA Gonzalo, HERNÁNDEZ
Carlos. “Energías renovables y eficiencia energética”. Primera edición;
Instituto Tecnológico de Canarias; abril 2008. Pág. 64, 68, 82 y 85.
MENDEZ NUÑEZ Javier María, RODRIGUEZ RODRIGUEZ Luis
Manuel. “Energía eólica”. Segunda edición; Madrid España; Marzo 2013.
Pág. 25, 35, y 85.
JUANA SANDOVAL José María, GARCÍA ADOLFO francisco,
FERNÁNDEZ GONZALES Jesús, SANTOS GARCÍA florentino, PÉREZ
GARCÍA miguel, CRESPO MARTÍNEZ Antoño. “Energías renovables
para el desarrollo”. Primera edición; Madrid España 2009. Pág.40, 41, 62,
68 y 70.
FERNÁNDEZ SALGADO José María. “Compendio De Energía Solar:
Fotovoltaica, Térmica Y Termoeléctrica”. Primera edición; Madrid España
2010. Pág.276, 278, 297,306 y 329
HERRERA BARROSO Vanessa Catalina 2011 “Sistema hibrido
fotovoltaico para la generación de energía eléctrica en el departamento
de turismo del ilustre municipio de baños”. Ambato Ecuador: Tesis, 2011
ESCUDERO LÓPEZ José María. “Manual de Energía Eólica”. Segunda
edición ediciones MANDÍ-PRENSA; Madrid México 2011. ISBN: 987-
84-8476-363-5 Pág. 146, 156 y 158
99
Páginas electrónicas:
Introducción a las energías renovables en [línea] disponible en la web:
http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/9403/3/3.1.Energ%C3%A
Das%20renovables.pdf
Origen del viento en [línea] disponible en la web:
http://maldonado.eltiempo.es/el-origen-del-viento.
Diferentes fuentes renovables en [línea] disponible en la web:
http://fuentesrenovables.blogspot.com/2008/11/clulasfotovoltaicas.html
Concepto de anemómetro en [línea] disponible en la web:
http://www.cabaleri.com/estacion-meteorologica/estacion-meteorologica-
usb-ws-2080.html
Instrumento para medir la radiación solar en línea [línea] disponible en la
web: http://ambientweather.wikispaces.com/sp216
Instrumento para medir la energía eólica en [línea] disponible en la web:
http://site.ambientweatherstore.com/Manuals/ws2080.pdf
Equipos de energías renovables del ecuador en [línea] disponible en la
web: http://www.proviento.com.ec/index.html
Partes de un aerogenerador en [línea] disponible en la web:
http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/32733/1/sanchezdionisionorbert
o.pdf
Sistema hibrido eólico fotovoltaico en [línea] disponible en la web:
http://www.cubasolar.cu/biblioteca/energia/Energia18/HTML/articulo03.h
tm
Atlas Solar del Ecuador en [línea] disponible en la web:
http://www.conelec.gob.ec/archivos_articulo/Atlas.pdf
Atlas eólico del Ecuador en [línea] disponible en la web:
http://www.energia.gob.ec/ministerio-de-electricidad-y-energia-renovable-
presento-el-primer-atlas-eolico-del-ecuador
Manual técnico para instalaciones domiciliarias en [línea] disponible en la
web:http://energiaverde.pe/wp.content/uploads/2010/06/Manual_ES_Foto
voltaica.pdf.
ANEXOS
100
Anexo A Tema: Especificaciones Técnicas Estación Meteorológica
ANEMÓMETRO
1/1
Modelo Ambient Weather WS-2080.
Datos exteriores (Anemómetro).
Distancia de transmisión en campo
abierto.
300 pies (100 metros máximos).
Frecuencia 915MHz (Norteamérica).
Intervalo de medición 48 segundos.
TEMPERATURA
Rango -40°F a 149°F (-40°C a 65°C).
Exactitud ±2°F.
Resolución ±1°F.
HUMEDAD
Al aire libre 10% a 99%.
Exactitud ±4%.
PRESIÓN BAROMÉTRICA 8.85 a 32.50 inHg.
Exactitud ±0.08 inHg (dentro del rango de 27.13 a
32.50 inHg ).
Resolución 0.01 inHg.
DESPLIEGUE DE VOLUMEN DE
LLUVIA
0 a 394 in.
Exactitud ±10%.
Resolución 0.01 in.
VELOCIDAD DE VIENTO 0 a 112 mph (0-160km/h).
Exactitud ±2.2 mph o 10%.
Resolución 0.1 mph.
DIRECCIÓN DEL VIENTO 0 a 360°.
Exactitud 22.5° (16 puntos del compás).
Resolución 22.5° (16 puntos del compás).
Fuente: Manual de instrucciones del sistema de estación meteorológica profesional de
pantalla táctil, modelo última versión W/ Precisión de sensores meteorológicos.
101
Anexo B Tema: Especificaciones Técnicas de Estación
meteorológica PIRANÓMETRO
1/1
Modelo (Solar Power Meter SP- 216)
ESPECIFICACIONES:
Duración de la batería: aprox. 100 hr
Tipo de pila: 9V
Precisión:
± 10 W / m2 [± 3 BTU / (m2 * h)] o ± 5%, lo que sea
mayor en la luz del sol; temperatura adicional: ±
0.38W / m2 / ° C [± 0.12 BTU / (m2 * h) / grado C]
de 25 °
Temperatura de
funcionamiento:
5 ° C a 40 ° C
Temperatura de
almacenamiento:
-10 ° C a 60 ° C
Pantalla: Pantalla LCD grande de 3.5 dígitos "
Tiempo de muestreo: Aprox. 0,25 segundos
Resolución: 0,1 W / m2, 0.1 BTU / (m2 * h)
Rango: 1999W / m2, 634 BTU / (m2 * h)
Dimensiones y peso: 5 (L) x 2 (W) x 1.5 (H) en, aprox. 0,3 libras
EMC: Este instrumento es de CEM y ha sido sometido a las
pruebas de compatibilidad de acuerdo con EN61326
(1997) + A1 (1998) + A2 (2001).
Fuente: Manual de instrucciones del sistema de estación meteorológica profesional de
pantalla táctil, modelo última versión W/ Precisión de sensores meteorológicos.
102
Anexo C Tema: Instalación y toma de datos con estaciones
meteorológicas
1/1
Montaje y acoplamiento del anemómetro.
Programación y funcionamiento
toma de datos de radiación solar en la zona con piranómetro.
Descarga de información al computador.
103
Anexo D Tema: valores de heliofania en la estación
meteorológica de COTOPAXI-CLIRSEN. 1/1
Valores mensuales y anual de heliofania en el 2009
Valores mensuales y anual de heliofania en el 2010
104
Anexo E Tema: Promedio de datos de velocidad de viento y
dirección registrados en la comunidad de Wintza. 1/1
Promedio de datos del mes de Septiembre del 2013
Numero
de datos Fecha Promedio
al día
máximo
al día
mínimo
al día dirección
Promedio
al mes
máximo
al mes
1 1/09/2013 1,6 4,4 2,0 S 5,8 13,2
2 2/09/2013 2,7 7,8 0,0 SSE 5,8 13,2
3 3/09/2013 3,8 7,1 0,3 SE 5,8 13,2
4 4/09/2013 4,9 8,5 3,4 SE 5,8 13,2
5 5/09/2013 6,5 11,5 1,0 SE 5,8 13,2
6 6/09/2013 7,1 10,8 0,7 SE 5,8 13,2
7 7/09/2013 5,4 11,9 1,0 SE 5,8 13,2
8 8/09/2013 6,0 10,9 4,1 SE 5,8 13,2
9 9/09/2013 5,3 12,5 4,1 SE 5,8 13,2
10 10/09/2013 3,2 9,8 3,0 SE 5,8 13,2
11 11/09/2013 2,0 6,8 3,1 SE 5,8 13,2
12 12/09/2013 1,5 3,3 0,7 SE 5,8 13,2
13 13/09/2013 2,0 5,4 1,0 SE 5,8 13,2
14 14/09/2013 1,6 4,7 1,0 SE 5,8 13,2
15 15/09/2013 1,3 4,1 0,3 SE 5,8 13,2
16 16/09/2013 7,8 13,2 2,0 S 5,8 13,2
17 17/09/2013 3,5 9,0 0,0 SSE 5,8 13,2
18 18/09/2013 5,4 12,8 0,3 SE 5,8 13,2
19 19/09/2013 7,1 12,9 3,4 SE 5,8 13,2
20 20/09/2013 5,3 9,5 1,0 SE 5,8 13,2
21 21/09/2013 4,6 10,1 0,7 SE 5,8 13,2
22 22/09/2013 5,7 12,5 1,0 SE 5,8 13,2
23 23/09/2013 7,5 12,9 4,1 SE 5,8 13,2
24 24/09/2013 6,7 10,9 4,1 SE 5,8 13,2
25 25/09/2013 5,9 10,2 3,0 SE 5,8 13,2
26 26/09/2013 5,8 11,5 3,1 SE 5,8 13,2
27 27/09/2013 4,2 9,1 0,7 SE 5,8 13,2
28 28/09/2013 3,5 8,8 1,0 SE 5,8 13,2
29 29/09/2013 3,8 8,5 1,0 SE 5,8 13,2
30 30/09/2013 2,2 5,8 0,3 SE 5,8 13,2
105
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Octubre del
2013
1/2
Numero
de datos Fecha
Promedio
al día
máximo
al día
mínimo
al día dirección
Promedio
al mes máximo
al mes
1 01/10/2013 1,6 4,4 0,0 NW 3,4 12,5
2 02/10/2013 2,7 7,8 0,3 SE 3,4 12,5
3 03/10/2013 3,8 7,1 1,0 SE 3,4 12,5
4 04/10/2013 4,9 8,5 0,7 SE 3,4 12,5
5 05/10/2013 6,5 11,5 1,4 SE 3,4 12,5
6 06/10/2013 7,1 10,8 3,7 SE 3,4 12,5
7 07/10/2013 5,4 11,9 1,0 SE 3,4 12,5
8 08/10/2013 6,0 10,9 1,4 SE 3,4 12,5
9 09/10/2013 5,3 12,5 0,7 SE 3,4 12,5
10 10/10/2013 3,2 9,8 0,0 SSE 3,4 12,5
11 11/10/2013 2,0 6,8 0,0 SE 3,4 12,5
12 12/10/2013 1,5 3,3 0,2 NEE 3,4 12,5
13 13/10/2013 2,0 5,4 0,3 NW 3,4 12,5
14 14/10/2013 1,6 4,7 0,3 NW 3,4 12,5
15 15/10/2013 1,3 4,1 0,0 NW 3,4 12,5
16 16/10/2013 1,1 5,4 0,0 NW 3,4 12,5
17 17/10/2013 1,3 4,8 0,0 NNE 3,4 12,5
18 18/10/2013 2,0 6,8 0,0 NNW 3,4 12,5
19 19/10/2013 2,9 7,8 0,0 SE 3,4 12,5
20 20/10/2013 2,2 6,8 0,0 SSE 3,4 12,5
21 21/10/2013 1,2 4,7 0,0 NW 3,4 12,5
22 22/10/2013 0,9 4,7 0,0 NW 3,4 12,5
23 23/10/2013 1,8 4,4 0,0 SE 3,4 12,5
24 24/10/2013 2,5 6,8 0,7 SSE 3,4 12,5
25 25/10/2013 3,4 8,8 0,0 SE 3,4 12,5
26 26/10/2013 3,4 8,8 0,0 SE 3,4 12,5
27 27/10/2013 1,5 4,7 0,0 NW 3,4 12,5
28 28/10/2013 2,2 6,1 0,0 SE 3,4 12,5
29 29/10/2013 1,3 4,1 0,0 NNW 3,4 12,5
30 30/10/2013 1,9 5,4 0,0 NNW 3,4 12,5
31 31/10/2013 1,8 5,4 0,0 NW 3,4 12,5
106
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Noviembre del
2013
1/3
Numer
o de
datos
Fecha Promedi
o al día
máxim
o al día
mínim
o al
día
direcció
n
Promedi
o al mes
máxim
o al
mes
1 01/11/2014 2,7 6,1 0,0 NW 2,7 9,5
2 02/11/2014 2,3 6,4 0,0 NW 2,7 9,5
3 03/11/2014 2,6 6,8 0,0 NNW 2,7 9,5
4 04/11/2014 1,4 5,7 0,0 NNW 2,7 9,5
5 05/11/2014 2,6 6,7 0,0 NNW 2,7 9,5
6 06/11/2014 2,3 5,4 0,0 NW 2,7 9,5
7 07/11/2014 1,7 6,8 0,0 NW 2,7 9,5
8 08/11/2014 2,3 5,1 0,0 NW 2,7 9,5
9 09/11/2014 1,5 4,7 0,0 NW 2,7 9,5
10 10/11/2014 1,9 6,5 0,0 SE 2,7 9,5
11 11/11/2014 2,9 7,8 0,0 SE 2,7 9,5
12 12/11/2014 4,2 9,5 0,0 SE 2,7 9,5
13 13/11/2014 4,1 8,8 0,7 SE 2,7 9,5
14 14/11/2014 3,1 7,5 0,7 S 2,7 9,5
15 15/11/2014 3,4 7,8 0,7 SEE 2,7 9,5
16 16/11/2014 3,5 9,1 0,0 SE 2,7 9,5
17 17/11/2014 1,9 4,4 0,3 NW 2,7 9,5
18 18/11/2014 1,3 4,7 0,0 NW 2,7 9,5
19 19/11/2014 2,0 7,8 0,0 NWW 2,7 9,5
20 20/11/2014 1,3 2,7 0,0 NW 2,7 9,5
21 21/11/2014 0,8 2,0 0,0 NWW 2,7 9,5
22 22/11/2014 1,3 4,8 0,0 NW 2,7 9,5
23 23/11/2014 2,0 5,1 0,0 NW 2,7 9,5
24 24/11/2014 1,6 6,1 0,0 NWW 2,7 9,5
25 25/11/2014 1,3 4,1 0,0 SE 2,7 9,5
26 26/11/2014 1,1 5,4 0,0 NE 2,7 9,5
27 27/11/2014 2,1 5,4 0,0 NNW 2,7 9,5
28 28/11/2014 1,8 6,8 0,0 SE 2,7 9,5
29 29/11/2014 1,1 4,4 0,0 NW 2,7 9,5
30 30/11/2014 0,8 4,3 0,0 NW 2,7 9,5
107
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Diciembre del
2013
1/4
Numer
o de
datos
Fecha Promedi
o al día
máxim
o al día
mínim
o al día
direcció
n
Promedi
o al mes
máxim
o al
mes
1 01/12/2013 3,1 10,2 0,0 SSE 3,3 12,2
2 02/12/2013 3,4 8,8 0,0 SE 3,3 12,2
3 03/12/2013 3,0 7,8 0,0 SE 3,3 12,2
4 04/12/2013 3,5 7,1 1,0 SE 3,3 12,2
5 05/12/2013 1,9 6,8 0,0 SE 3,3 12,2
6 06/12/2013 1,8 5,4 0,0 SW 3,3 12,2
7 07/12/2013 1,4 4,4 0,0 NW 3,3 12,2
8 08/12/2013 0,9 4,7 0,0 NW 3,3 12,2
9 09/12/2013 0,9 4,1 0,0 NW 3,3 12,2
10 10/12/2013 3,6 8,1 0,0 SE 3,3 12,2
11 11/12/2013 5,0 10,9 1,4 SEE 3,3 12,2
12 12/12/2013 2,9 7,5 0,0 SEE 3,3 12,2
13 13/12/2013 2,2 7,1 0,0 SEE 3,3 12,2
14 14/12/2013 2,3 7,0 0,0 SEE 3,3 12,2
15 15/12/2013 3,0 7,1 0,0 SE 3,3 12,2
16 16/12/2013 1,9 6,1 0,0 SE 3,3 12,2
17 17/12/2013 1,1 6,5 0,0 SEE 3,3 12,2
18 18/12/2013 1,1 4,4 0,0 NWW 3,3 12,2
19 19/12/2013 2,0 5,2 0,0 NW 3,3 12,2
20 20/12/2013 1,5 5,1 0,0 NW 3,3 12,2
21 21/12/2013 1,4 5,7 0,0 NW 3,3 12,2
22 22/12/2013 1,2 6,7 0,0 SSE 3,3 12,2
23 23/12/2013 1,3 3,7 0,0 NNW 3,3 12,2
24 24/12/2013 2,3 6,2 0,0 NW 3,3 12,2
25 25/12/2013 1,6 5,8 0,0 SE 3,3 12,2
26 26/12/2013 2,7 6,1 0,0 SE 3,3 12,2
27 27/12/2013 5,3 10,8 0,7 SE 3,3 12,2
28 28/12/2013 6,9 12,2 2,7 SSE 3,3 12,2
29 29/12/2013 5,2 11,0 0,0 SE 3,3 12,2
30 30/12/2013 3,7 10,5 0,0 SE 3,3 12,2
31 31/12/2013 3,4 9,8 0,0 SE 3,3 12,2
108
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Enero del 2014 1/5
Numer
o de
datos
Fecha Promedi
o al día
máxim
o al día
mínim
o al
día
direcció
n
Promedi
o al mes
máxim
o al
mes
1 01/01/2014 7,8 13,2 2,0 S 3,1 13,2
2 02/01/2014 2,8 6,5 0,0 SE 3,1 13,2
3 03/01/2014 3,0 6,5 0,0 SE 3,1 13,2
4 04/01/2014 3,4 7,1 1,4 SE 3,1 13,2
5 05/01/2014 2,1 6,1 0,0 SE 3,1 13,2
6 06/01/2014 1,6 4,8 0,0 SE 3,1 13,2
7 07/01/2014 0,6 2,4 0,0 NW 3,1 13,2
8 08/01/2014 0,5 1,7 0,0 NW 3,1 13,2
9 09/01/2014 0,4 2,4 0,0 NW 3,1 13,2
10 10/01/2014 1,1 2,4 0,0 NW 3,1 13,2
11 11/01/2014 1,1 2,7 0,0 NW 3,1 13,2
12 12/01/2014 1,8 4,4 0,7 SE 3,1 13,2
13 13/01/2014 3,7 7,4 0,0 SE 3,1 13,2
14 14/01/2014 3,6 6,8 0,0 SE 3,1 13,2
15 15/01/2014 3,1 7,5 0,3 SE 3,1 13,2
16 16/01/2014 2,8 6,1 0,0 SE 3,1 13,2
17 17/01/2014 4,7 9,2 1,7 SE 3,1 13,2
18 18/01/2014 5,0 9,9 0,7 SE 3,1 13,2
19 19/01/2014 2,8 8,8 0,3 SE 3,1 13,2
20 20/01/2014 0,3 1,4 0,0 NW 3,1 13,2
21 21/01/2014 2,8 6,5 0,0 SE 3,1 13,2
22 22/01/2014 1,1 4,6 0,0 NW 3,1 13,2
23 23/01/2014 2,3 6,9 0,0 SEE 3,1 13,2
24 24/01/2014 3,5 7,8 1,4 SEE 3,1 13,2
25 25/01/2014 2,6 6,1 0,0 SE 3,1 13,2
26 26/01/2014 1,8 4,8 0,0 SE 3,1 13,2
27 27/01/2014 4,5 9,2 1,7 SE 3,1 13,2
28 28/01/2014 4,8 9,5 2,1 SE 3,1 13,2
29 29/01/2014 0,3 1,4 0,0 NW 3,1 13,2
30 30/01/2014 3,5 6,5 0,0 SE 3,1 13,2
31 31/01/2014 4,2 8,2 0,0 SE 3,1 13,2
109
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Febrero del
2014
1/6
Numero
de datos Fecha
Promedio
al día
máximo
al día
mínimo
al día dirección
Promedio
al mes máximo
al mes
1 01/02/2014 2,4 6,5 0,3 SE 2,2 8,5
2 02/02/2014 1,5 3,7 0,0 SE 2,2 8,5
3 03/02/2014 1,7 4,5 0,0 SEE 2,2 8,5
4 04/02/2014 1,4 5,4 0,0 SEE 2,2 8,5
5 05/02/2014 0,9 2,8 0,0 SE 2,2 8,5
6 06/02/2014 1,4 4,8 0,0 SE 2,2 8,5
7 07/02/2014 0,8 2,7 0,0 NW 2,2 8,5
8 08/02/2014 1,0 3,0 0,0 NW 2,2 8,5
9 09/02/2014 1,6 5,0 0,3 NW 2,2 8,5
10 10/02/2014 1,6 3,0 0,2 SW 2,2 8,5
11 11/02/2014 2,1 4,8 0,0 NW 2,2 8,5
12 12/02/2014 2,0 7,3 0,0 SE 2,2 8,5
13 13/02/2014 0,9 3,7 0,0 SE 2,2 8,5
14 14/02/2014 1,3 4,6 0,0 SE 2,2 8,5
15 15/02/2014 3,0 5,9 1,3 SE 2,2 8,5
16 16/02/2014 2,0 4,3 0,5 SSE 2,2 8,5
17 17/02/2014 3,0 5,9 0,2 N 2,2 8,5
18 18/02/2014 2,5 5,7 0,0 NE 2,2 8,5
19 19/02/2014 2,1 4,8 0,2 NE 2,2 8,5
20 20/02/2014 1,5 3,8 0,0 NE 2,2 8,5
21 21/02/2014 1,3 5,1 0,0 SW 2,2 8,5
22 22/02/2014 1,4 3,3 0,0 SW 2,2 8,5
23 23/02/2014 1,6 3,4 0,0 SSW 2,2 8,5
24 24/02/2014 1,7 4,1 0,3 SW 2,2 8,5
25 25/02/2014 1,6 4,4 0,3 SW 2,2 8,5
26 26/02/2014 3,0 8,5 0,0 NE 2,2 8,5
27 27/02/2014 2,2 5,1 0,0 NE 2,2 8,5
28 28/02/2014 3,2 7,2 0,0 N 2,2 8,5
110
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Marzo del
2014. 1/7
Numero
de datos Fecha
Promedio
al día
máximo
al día
mínimo
al día dirección
Promedio
al mes
máximo
al mes
1 01/03/2014 5,7 9,2 1,4 SE 3,4 0,0
2 02/03/2014 5,2 11,2 1,4 SEE 3,4 11,2
3 03/03/2014 4,8 10,2 0,0 E 3,4 11,2
4 04/03/2014 4,2 9,9 0,0 NE 3,4 11,2
5 05/03/2014 1,8 6,8 0,0 E 3,4 11,2
6 06/03/2014 3,0 7,8 0,0 NE 3,4 11,2
7 07/03/2014 3,3 9,5 0,0 E 3,4 11,2
8 08/03/2014 4,2 10,9 0,3 E 3,4 11,2
9 09/03/2014 4,0 10,9 0,0 SE 3,4 11,2
10 10/03/2014 4,5 8,8 2,0 SE 3,4 11,2
11 11/03/2014 3,7 9,2 1,2 SE 3,4 11,2
12 12/03/2014 3,0 8,5 1,6 SE 3,4 11,2
13 13/03/2014 1,9 6,8 0,0 E 3,4 11,2
14 14/03/2014 2,4 6,1 0,7 NEE 3,4 11,2
15 15/03/2014 2,8 8,1 0,7 E 3,4 11,2
16 16/03/2014 2,5 6,8 0,0 E 3,4 11,2
17 17/03/2014 2,3 5,1 0,7 S 3,4 11,2
18 18/03/2014 3,4 6,1 1,0 SE 3,4 11,2
19 19/03/2014 4,7 10,8 0,0 SSE 3,4 11,2
20 20/03/2014 3,0 7,8 0,6 SSE 3,4 11,2
21 21/03/2014 3,3 5,8 0,6 SE 3,4 11,2
22 22/03/2014 4,1 7,5 0,5 NE 3,4 11,2
23 23/03/2014 4,4 8,8 1,7 E 3,4 11,2
24 24/03/2014 2,9 5,8 1,0 S 3,4 11,2
25 25/03/2014 2,9 5,7 0,3 SE 3,4 11,2
26 26/03/2014 2,3 5,8 0,0 SEE 3,4 11,2
27 27/03/2014 3,0 5,7 1,0 SSE 3,4 11,2
28 28/03/2014 4,8 9,5 2,1 SE 3,4 11,2
29 29/03/2014 0,3 1,4 0,0 SE 3,4 11,2
30 30/03/2014 3,5 6,5 0,0 E 3,4 11,2
31 31/03/2014 4,2 8,2 0,0 SE 3,4 11,2
111
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Abril del
2014
1/8
Numero
de datos Fecha
Promedio
al día
máximo
al día
mínimo
al día dirección
Promedio
al mes
máximo
al mes
1 01/04/2014 3,9 9,2 1,4 SE 3,4 10,9
2 02/04/2014 1,5 4,8 1 SE 3,4 10,9
3 03/04/2014 2,8 7,1 1,4 SE 3,4 10,9
4 04/04/2014 3,6 8,2 0,7 SE 3,4 10,9
5 05/04/2014 2 5,8 0,7 SE 3,4 10,9
6 06/04/2014 2,8 8,8 0 SE 3,4 10,9
7 07/04/2014 3,4 8,5 0,3 SE 3,4 10,9
8 08/04/2014 3,6 6,8 0,3 SE 3,4 10,9
9 09/04/2014 4,3 10,9 0,7 SE 3,4 10,9
10 10/04/2014 3,8 6,8 0,7 SE 3,4 10,9
11 11/04/2014 3,1 6,8 1,2 SE 3,4 10,9
12 12/04/2014 4,4 9,2 1,6 SE 3,4 10,9
13 13/04/2014 3,3 6,1 1 SE 3,4 10,9
14 14/04/2014 5,5 10,2 0,7 SE 3,4 10,9
15 15/04/2014 5,5 10,5 1,4 SE 3,4 10,9
16 16/04/2014 4 9,2 0,7 SE 3,4 10,9
17 17/04/2014 5,8 10,5 1,4 SE 3,4 10,9
18 18/04/2014 4,5 9,5 0,7 SE 3,4 10,9
19 19/04/2014 3,5 7,5 0,7 SE 3,4 10,9
20 20/04/2014 4,2 10,2 0,3 SE 3,4 10,9
21 21/04/2014 2,4 6,1 0,3 SE 3,4 10,9
22 22/04/2014 4 8,8 1,4 SE 3,4 10,9
23 23/04/2014 3,1 8,2 0,3 SE 3,4 10,9
24 24/04/2014 1,6 4,8 0,7 SE 3,4 10,9
25 25/04/2014 4,6 9,2 0,7 SE 3,4 10,9
26 26/04/2014 1,9 5,4 0,7 SE 3,4 10,9
27 27/04/2014 2,6 7,5 1 SE 3,4 10,9
28 28/04/2014 2,7 7,8 1,4 SE 3,4 10,9
29 29/04/2014 2,1 5,1 1,7 SE 3,4 10,9
30 30/04/2014 2,8 7,5 1 SE 3,4 10,9
112
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Mayo del 2014 1/9
Numero
de datos fecha
Promedio
al día
máximo
al día
mínimo
al día dirección
Promedio
al mes
máximo
al mes
1 01/05/2014 5,6 8,2 1,4 E 3,7 10,9
2 02/05/2014 2,5 4,4 1,4 E 3,7 10,9
3 03/05/2014 2,7 4,1 1,4 SE 3,7 10,9
4 04/05/2014 2,5 3,4 1,4 SE 3,7 10,9
5 05/05/2014 2,2 3,1 0,7 SE 3,7 10,9
6 06/05/2014 2,6 6,8 0,7 S 3,7 10,9
7 07/05/2014 1,4 2,7 0,7 SE 3,7 10,9
8 08/05/2014 1,3 3,1 0,7 SE 3,7 10,9
9 09/05/2014 3,7 6,8 1,4 SE 3,7 10,9
10 10/05/2014 5,3 7,5 3,1 SE 3,7 10,9
11 11/05/2014 6,2 7,8 1,2 S 3,7 10,9
12 12/05/2014 5,8 7,8 1,6 SE 3,7 10,9
13 13/05/2014 4,0 6,1 2,4 SE 3,7 10,9
14 14/05/2014 1,8 3,1 0,7 SE 3,7 10,9
15 15/05/2014 1,3 2,7 0,0 SE 3,7 10,9
16 16/05/2014 1,9 4,4 0,0 SE 3,7 10,9
17 17/05/2014 4,5 8,2 1,4 SE 3,7 10,9
18 18/05/2014 5,0 9,9 0,7 S 3,7 10,9
19 19/05/2014 2,8 8,8 0,3 SE 3,7 10,9
20 20/05/2014 4,5 9,2 1,7 SE 3,7 10,9
21 21/05/2014 4,8 9,5 2,1 SE 3,7 10,9
22 22/05/2014 3,7 6,5 0,0 S 3,7 10,9
23 23/05/2014 4,4 8,2 0,0 SE 3,7 10,9
24 24/05/2014 4,8 10,9 1,0 SE 3,7 10,9
25 25/05/2014 4,4 8,8 1,0 SE 3,7 10,9
26 26/05/2014 4,7 8,8 1,7 SE 3,7 10,9
27 27/05/2014 4,5 9,2 1,7 S 3,7 10,9
28 28/05/2014 4,8 9,5 2,1 SE 3,7 10,9
29 29/05/2014 3,4 6,8 0,7 SE 3,7 10,9
30 30/05/2014 2,9 6,5 0,0 SE 3,7 10,9
31 31/05/2014 4,2 8,2 0,0 E 3,7 10,9
113
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Junio del 2014 1/10
Numero
de datos fecha
Promedio
al día
máximo
al día
mínimo
al día dirección
Promedio
al mes
máximo
al mes
1 01/06/2014 4,4 6,5 1,4 SE 4,7 11,9
2 02/06/2014 3,4 5,8 1,7 SE 4,7 11,9
3 03/06/2014 3,7 4,8 2,0 SE 4,7 11,9
4 04/06/2014 4,6 5,8 2,4 SE 4,7 11,9
5 05/06/2014 5,1 8,2 3,1 E 4,7 11,9
6 06/06/2014 5,4 7,8 3,1 SEE 4,7 11,9
7 07/06/2014 4,7 6,5 1,7 S 4,7 11,9
8 08/06/2014 4,7 5,8 3,1 SE 4,7 11,9
9 09/06/2014 5,2 8,2 3,1 SE 4,7 11,9
10 10/06/2014 4,1 6,5 2,7 SE 4,7 11,9
11 11/06/2014 4,3 6,5 1,2 SE 4,7 11,9
12 12/06/2014 2,7 4,8 1,6 SE 4,7 11,9
13 13/06/2014 4,0 6,1 2,4 SE 4,7 11,9
14 14/06/2014 2,6 3,7 1,7 SE 4,7 11,9
15 15/06/2014 4,2 6,5 2,7 SE 4,7 11,9
16 16/06/2014 4,2 5,4 3,1 SE 4,7 11,9
17 17/06/2014 4,5 6,1 3,1 SEE 4,7 11,9
18 18/06/2014 6,2 7,8 2,4 SEE 4,7 11,9
19 19/06/2014 6,8 8,2 2,7 SE 4,7 11,9
20 20/06/2014 7,9 9,5 3,1 SE 4,7 11,9
21 21/06/2014 8,5 11,9 3,6 SE 4,7 11,9
22 22/06/2014 5,3 7,8 0,0 SE 4,7 11,9
23 23/06/2014 4,4 8,2 0,5 SE 4,7 11,9
24 24/06/2014 4,8 10,9 1,0 SE 4,7 11,9
25 25/06/2014 4,4 8,8 1,0 SE 4,7 11,9
26 26/06/2014 4,7 8,8 1,7 E 4,7 11,9
27 27/06/2014 4,5 9,2 1,7 SE 4,7 11,9
28 28/06/2014 4,8 9,5 2,1 SEE 4,7 11,9
29 29/06/2014 3,4 6,8 0,7 SE 4,7 11,9
30 30/06/2014 2,9 6,5 0,0 SSE 4,7 11,9
114
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Julio del 2014 1/11
Numero
de datos fecha
Promedio
al día
máximo
al día
mínimo
al día dirección
Promedio
al mes
máxim
o al
mes
1 01/07/2014 4,3 5,8 1,4 SEE 5,2 10,2
2 02/07/2014 3,7 5,1 2,0 E 5,2 10,2
3 03/07/2014 4,5 6,1 3,4 SEE 5,2 10,2
4 04/07/2014 6,1 7,5 4,4 E 5,2 10,2
5 05/07/2014 6,5 8,8 4,8 E 5,2 10,2
6 06/07/2014 7,2 8,5 3,4 SE 5,2 10,2
7 07/07/2014 7,4 8,8 3,2 E 5,2 10,2
8 08/07/2014 6,6 9,2 2,4 SE 5,2 10,2
9 09/07/2014 4,7 9,2 2,0 SE 5,2 10,2
10 10/07/2014 4,3 5,4 1,7 SE 5,2 10,2
11 11/07/2014 3,6 5,1 1,2 SSE 5,2 10,2
12 12/07/2014 3,3 4,8 1,6 SE 5,2 10,2
13 13/07/2014 3,5 5,1 2,0 SE 5,2 10,2
14 14/07/2014 3,8 4,8 2,4 SE 5,2 10,2
15 15/07/2014 4,0 5,4 2,7 SE 5,2 10,2
16 16/07/2014 5,2 8,5 1,4 SEE 5,2 10,2
17 17/07/2014 6,8 8,2 1,3 SE 5,2 10,2
18 18/07/2014 7,9 9,9 2,5 SE 5,2 10,2
19 19/07/2014 8,3 10,2 3,1 E 5,2 10,2
20 20/07/2014 6,9 9,5 3,7 E 5,2 10,2
21 21/07/2014 6,1 9,2 3,7 NEE 5,2 10,2
22 22/07/2014 4,2 6,1 2,4 E 5,2 10,2
23 23/07/2014 3,0 4,4 1,7 SE 5,2 10,2
24 24/07/2014 2,8 4,4 1,4 E 5,2 10,2
25 25/07/2014 3,2 4,1 1,7 E 5,2 10,2
26 26/07/2014 3,8 5,4 2,0 E 5,2 10,2
27 27/07/2014 4,7 6,1 2,7 SEE 5,2 10,2
28 28/07/2014 3,6 5,4 2,0 E 5,2 10,2
29 29/07/2014 5,9 8,5 3,4 E 5,2 10,2
30 30/07/2014 6,9 9,5 4,8 SE 5,2 10,2
31 31/07/2014 7,0 9,9 2,4 SE 5,2 10,2
115
Anexo E Tema: Promedio de datos del mes de Agosto del
2014
1/12
Numero
de datos fecha
Promedio
al día
máximo
al mes
mínimo
al mes dirección
Promedio
al mes
máximo
al mes
1 01/08/2014 6,2 11,9 1,4 S 9,2 14,4
2 02/08/2014 6,6 9,5 3,7 S 9,2 14,4
3 03/08/2014 5,4 9,2 2,4 S 9,2 14,4
4 04/08/2014 3,2 5,8 1,4 SSE 9,2 14,4
5 05/08/2014 4,9 7,1 2,7 SE 9,2 14,4
6 06/08/2014 5,7 8,2 1,0 SE 9,2 14,4
7 07/08/2014 6,2 8,2 3,4 SE 9,2 14,4
8 08/08/2014 6,1 8,5 4,1 SE 9,2 14,4
9 09/08/2014 5,8 8,8 3,7 SE 9,2 14,4
10 10/08/2014 4,9 7,1 2,7 SSE 9,2 14,4
11 11/08/2014 6,2 7,8 1,2 SSE 9,2 14,4
12 12/08/2014 5,8 7,8 1,6 SE 9,2 14,4
13 13/08/2014 4,0 6,1 2,4 SSE 9,2 14,4
14 14/08/2014 4,2 7,8 2,0 S 9,2 14,4
15 15/08/2014 5,0 8,8 2,4 S 9,2 14,4
16 16/08/2014 6,1 11,7 1,0 S 9,2 14,4
17 17/08/2014 4,7 8,2 1,4 SE 9,2 14,4
18 18/08/2014 5,0 9,9 0,7 SE 9,2 14,4
19 19/08/2014 4,6 8,8 1,7 SE 9,2 14,4
20 20/08/2014 6,2 13,2 2,0 SE 9,2 14,4
21 21/08/2014 5,6 12,8 2,1 SE 9,2 14,4
22 22/08/2014 4,3 6,5 0,0 SE 9,2 14,4
23 23/08/2014 4,4 8,2 0,0 SE 9,2 14,4
24 24/08/2014 6,8 11,0 3,4 SE 9,2 14,4
25 25/08/2014 4,5 8,8 2,0 SE 9,2 14,4
26 26/08/2014 4,8 8,8 2,7 SE 9,2 14,4
27 27/08/2014 5,9 11,8 1,7 SE 9,2 14,4
28 28/08/2014 5,0 9,5 2,1 S 9,2 14,4
29 29/08/2014 7,0 14,4 3,4 S 9,2 14,4
30 30/08/2014 5,7 11,7 2,0 SSE 9,2 14,4
31 31/08/2014 5,2 8,2 1,4 S 9,2 14,4
116
Anexo F Tema: Pruebas de funcionamiento del sistema hibrido. 1/1
Pruebas del aerogenerador con bombillos de 12v.
Pruebas del aerogenerador con batería de 12v.
Pruebas de funcionamiento del panel solar.
117
Anexo G Tema: Instalación del sistema solar. 1/1
Preparación y colocación de bases que sujetan los módulos
Adecuación del cableado eléctrico.
Comprobación de voltajes de salida.
118
Anexo H Tema: Instalación del sistema eólico. 1/1
Preparación y excavación del suelo.
Montaje y ajuste del aerogenerador en el tubo
Acoplamiento del tubo en el poste de hormigón
119
Anexo H Tema: Instalación del sistema eólico. 1/2
Izaje del poste con el aerogenerador ensamblado
Puesta a tierra
Comprobación de voltajes de salida.
120
Anexo I Tema: Instalación de banco de baterías 1/1
Adecuación y colocación de borneras
Conexión eléctrico en paralelo y conexión al inversor.
Comprobación de voltaje y funcionamiento
121
Anexo J Tema: Producción de animales en la villa totoras. 1/1
producción año 2015
Detalles Cant. Ingreso unitario
Ingreso total
egresos ganancias beneficio
balanceados y sales
asistencia técnica
detalle total al año
tiempo neto al mes anual
OVEJAS 7 100 700 15 5
por peso
90 6 meses 2,5
50
CHANCHO 2 50 100 15 7
por peso
900 6
meses 25 150
AVES 8 1,5 12 200 8
por peso
300 3
meses 8,33333333 50
TERNEROS 5 150 750 70 10
por peso
3000 al año 83,3333333
180
LECHERAS 2 500 1000 200 20 leche 1200 al año 30 270
total (25%)
$ 700,00
126
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/1
Aerogenerador ALEKO FDH400
Realizado por: Wilson Tocte.
Este manual contiene toda la información necesaria para la correcta instalación y
mantenimiento de su aerogenerador. Para asegurar su correcto funcionamiento,
evitar roturas y peligros, se recomienda que lea atentamente este manual antes de
proceder a realizar la instalación.
Mensajes de seguridad
Los mensajes de seguridad se indican en el presente manual precedidos del
símbolo de aviso:
ADVERTENCIA.
ATENCION, PRECAUCION.
Mensajes indicados con la palabra “IMPORTANTE” pueden suponer un mal uso
de la máquina y causar daños en la misma.
127
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/2
Uno - partes de la turbina
Fig. 1 Detalle del aerogenerador.
ítem Descripción cantidad
1 cono frontal 1
2 Cuchillas 3
3 cubo de aspas 1
4 Góndola Cuerpo de mariposas 1
5 cuerpo del sujetador 1
6 Torre 1
Dos - el montaje de la turbina
Su turbina eólica se entrega parcialmente montada. El montaje requiere el
montaje de las palas en el buje cuchilla, asegurar que el cubo al cuerpo de la
turbina y la instalación del cono de nariz en el cubo de aspas. La llave hexagonal
será necesaria para el apriete de pernos.
Especificaciones de torque:
Cuchilla de pernos de cubo, M6 x 22, Tornillo de cabeza, 7.45 Lb-pie (10 Nm)
Eje de tuerca del rotor, M16, tuerca Jam, 48 Ib-pie (65 N-m).
Guiñada Pernos de fijación, M5 x 35 mm, Tornillo de cabeza, 4,5 Ib-pie (6 Nm).
Pase un perno a través de la hoja y el tornillo en la tuerca de seguridad.
128
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/3
No apriete completamente el tornillo todavía. Instale el segundo perno y tuerca
de seguridad y apriete los dos tornillos de 7.45 pies - libras (10 Nm). Instale las
dos hojas restantes siguiendo el mismo procedimiento.
Si la turbina eólica es para ser instalado en una torre "inclinable", montar el
conjunto de cuchilla / concentrador a la turbina ahora. Inicie la tuerca del buje
M16 en las roscas del eje y "girar" el cubo por completo en el eje de la turbina
alternador. Apriete completamente el cubo a 48 ft-lbs (65 Nm) mediante la
inserción de una llave hexagonal en el eje de la turbina alternador y girando el eje
al girar las palas.
Fig. 2 Detalle fijación de las palas.
No intente montar la turbina mientras cuchillas están girando.
Tres -Torres
El FDH400 está diseñado para montar en la tubería o tubo con una 1.875- 1.900
pulgadas de diámetro exterior nominal. Esta dimensión permite la construcción
de una torre de una gama de materiales fácilmente disponibles incluyendo 1 1/2
pulgadas Lista de tubos de acero 40 y SS-20 tubería de reja galvanizad 2
pulgadas (espesor de pared de 0,090 pulgadas).
Bajo ninguna circunstancia se debe utilizar tubería de plástico para la
construcción de una torre.
1-lámina para palas
2- palas
3- perno M6 cabeza
hexagonal
4-contratuerca
129
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/4
Cuatro - Opciones de cableado
El método recomendado para conectar la turbina a su banco de baterías es
conectar la turbina directamente a su propio conjunto de bornes de la batería.
Esto permitirá a la turbina para operar de forma independiente. Regulador interno
del aerogenerador supervisará la batería y mantener la carga según sea necesario.
Figs. 3 representan las instalaciones de turbinas individuales típicas.
Conecte los alambres de la turbina directamente a banco de baterías a
su propio conjunto de bornes de la batería.
4.1 Tamaño del cable
Todos los sistemas eléctricos pierden energía debido a la resistencia en los
conductores.
Grandes cables tienen menos resistencia, pero pueden ser considerablemente más
costosos. Pérdidas de resistencia también se incrementan con el aumento de la
corriente, por lo tanto, si el suyo es un sitio de fuerte viento, puede valer la pena
ir con un alambre de mayor tamaño para aprovechar el mayor potencial de
producción de energía de su sitio. Por el contrario, en emplazamientos de vientos
bajos puede no ser rentable para aumentar el tamaño del cable ya que la
producción de energía será baja. Recomendamos estos como los tamaños
mínimos de alambre; para un rendimiento óptimo utilice los cables más grandes
130
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/5
que son prácticas y asequibles. Local, estatal, y los códigos eléctricos nacionales
tienen precedencia sobre estas recomendaciones y se deben seguir para garantizar
la seguridad de su sistema.
Cables más pequeños reducirán la tensión en que la turbina eólica entra
regulación y detiene la carga.
Fig. 4 Para sistemas de 12 y 24volt, AWG / Métricas Tamaño del cable mm2.
4-2 Torre de puesta a tierra
Base de la torre a pesar de que el sistema puede estar conectado a tierra en el
panel de banco de baterías o servicio mediante el cable de tierra de guiñada.
Conexión a tierra de la torre en su base puede prevenir choques a personas que
tocan la torre debido a rayos o fallas eléctricas.
En las secciones siguientes se proporcionan como una guía para la puesta a tierra
adecuada de la torre y no deben ser considerados completamente integrales. Se le
anima a hacer referencia al Código Eléctrico Nacional (NEC) y de construcción y
zonificación reglamentos locales para los requisitos completos. Secciones
pertinentes del Código Eléctrico Nacional se hace referencia. Torre de puesta a
tierra se puede lograr de varias maneras; el método más común es un electrodo de
acero revestido de cobre (s) accionada en el suelo.
4-2-1 Electrodos accionado en el suelo
Los electrodos deben tener un mínimo de 8 pies (2,5 m) de longitud y libre de
recubrimientos no conductores tales como pintura. Electrodos huecos de tubería o
conducto no debe ser menor que el tamaño comercial 3/4 (designado métrico
131
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/6
21) y deben ser galvanizados o de otra manera protegida contra la corrosión.
Electrodos de varilla sólida deben ser de al menos 5/8 de pulgada (16 mm) de
diámetro. Varillas de acero inoxidable de menos de 8.5 pulgadas de diámetro,
varillas no ferrosos o su diámetro equivalente de menos de media pulgada se
"enumeran" por una organización que tiene jurisdicción en la zona.
El conductor de tierra puede ser enterrado directamente o contenido en el
conducto; en cualquier caso, es importante que no tiene curvas cerradas para
mantener su baja inductancia.
La figura adjunta muestra una técnica típica torre de puesta a tierra y las
siguientes secciones del NEC se alistan para referencia.
Fig. 5 Instalaciones a tierra.
Las siguientes son pautas generales para la instalación de la turbina de viento.
Debido a que cada instalación de aerogeneradores es única, antes de intentar la
instalación final los siguientes pasos básicos deben ser completados:
Completamente revisar el Manual del propietario de la turbina eólica.
Seleccione torre y el sitio e instalar la torre.
Determine el tamaño del cable.
Diseño del sistema incluyendo las baterías, interruptores, disyuntores -
diagrama de cableado empate.
Obtener los componentes requeridos.
Ensamble de la turbina
Una vez completados estos pasos, el montaje final es bastante simple y consiste
principalmente en hacer buenas conexiones eléctricas de acuerdo con el diagrama
de cableado y montaje de la turbina de viento en la torre.
132
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/7
5-1 Conexiones de cable para la turbina de viento
ADVERTENCIA: No conecte los cables de las baterías hasta que se
hayan completado todas las conexiones eléctricas.
Conecte el cable va desde la turbina de viento para cables a ejecutarse abajo de la
torre usando "perno split" o conectores de soldadura. Siga las buenas prácticas y
el uso de un código de color rojo para cable - positivo de la batería, verde para el
negativo de la batería, y el negro para la conexión a tierra. Los cables deben ser
de un tamaño basado en la turbina a distancia banco de baterías, conexiones
aisladas con tubo termo retráctil o cinta aislante de buena calidad. Dejar
suficiente bucle de servicio en los cables para acomodar la retirada de la turbina
de la torre.
Siga el diagrama de cableado del sistema y pasar los cables para desconectar el
interruptor, fusible o disyuntor y el amperímetro. Si se utiliza un interruptor de
parada (muy recomendable) Interruptor de giro en OFF hasta que se hayan
completado todas las conexiones.
5-2 Montaje en Torre
Los cables están conectados a la turbina eólica, la ruta de los cables hacia abajo
la torre y deslice la orientación de la turbina a través de la torre de la parte
superior. Después de guiñada está completamente bajado sobre la parte superior
de la torre, levante la guiñada aproximadamente 1/8 de pulgada (3 mm) a 1/4 de
pulgada (6 mm) de modo que el único contacto entre la torre de guiñada y la
parte superior es a través de la almohadilla de aislamiento de goma. Esto reducirá
ruido y la vibración de transmisión a la torre. Una vez que la guiñada se coloca
en la torre, asegurar los tornillos de fijación de orientación utilizando la llave
hexagonal de 5/32 pulgadas suministrado, torsión a 5 ft- Libras (6,8 Nm).
133
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/8
5.3 Conexiones finales
Antes de hacer las conexiones finales de las baterías, hacen disyuntor seguro y el
interruptor de parada está en la posición OFF. Conecte los cables a la batería;
rojo al terminal positivo de la batería y el verde al terminal negativo de la batería.
ADVERTENCIA: Si se invierten las conexiones de la batería, la
electrónica de FDH400 serán dañados. La polaridad de los cables de FDH400
puede comprobarse mediante la conexión de un voltímetro a los cables y
haciendo girar el rotor con la mano.
Conexiones de la batería completa y encender los interruptores y el interruptor de
parada. Al cambiar la alimentación por primera vez, la turbina eólica LED verde
se encenderá para indicar que el controlador interno está funcionando
correctamente. Si hay viento disponible y empieza FDH400 la carga de las
baterías, LED verde sigue siendo la luz. Para cualquier advertencia, voluntad
luces del LED rojo.
La instalación se ha completado.
Seis - FDH400 Operación
6-1 Resumen Operacional
Los aerogeneradores operan mediante la captura de la energía cinética del aire en
movimiento: el viento. Ellos convierten en movimiento de rotación para girar un
alternador que produce energía eléctrica. La energía eléctrica debe ser regulada a
un voltaje para cargar las baterías del sistema, y no debe ser un sistema para
evitar la sobrecarga de las baterías y vuelva a cargar como cae el voltaje de la
batería. Un medio para proteger el aerogenerador contra daños viento extremo
También se debe proporcionar. El FDH400 cumple todos estos objetivos
mediante la incorporación de un alternador trifásico sin escobillas de imán
permanente y la electrónica con microprocesador controlado para optimizar su
capacidad de producción de energía. El microprocesador ajusta continuamente la
134
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/9
carga del alternador para mantener las cuchillas funcionando a su ángulo óptimo
de ataque. El resultado:
• La producción de alta potencia;
• alta eficiencia de la hoja; y
• Ruido cuchilla inferior.
6.2 Modos de funcionamiento
Carga: Con el aerogenerador conectado a las baterías con la tensión por debajo
del punto de consigna de regulación de voltaje, las cuchillas girarán en respuesta
al viento. Con un viento disponible, las palas continuará a girar hasta que el
voltaje de la batería coincide con el punto de ajuste de la regulación. Tenga en
cuenta que la turbina eólica requiere una tensión mínima banco de baterías
(aproximadamente 10.5 voltios en un sistema de 12 voltios) o el controlador se
tienen como si existe una condición de circuito abierto. Cuando la carga de las
baterías, el LED verde FDH400 será luz.
Regulación: Como FDH400 produce energía y el voltaje de la batería se eleva a
la tensión de punto de ajuste de la regulación, la turbina eólica voy a entrar en la
"regulación". En ese momento se deja de producir potencia y el número de
revoluciones hoja bajará drásticamente (casi parar). El aerogenerador se
mantendrá en la regulación hasta que el voltaje de la batería cae ligeramente por
debajo del punto de consigna de regulación - esto se refiere a menudo como el
punto de corte en la tensión. Cuando se alcanza la tensión de corte en, las
cuchillas se reanudarán girar en respuesta al viento disponible.
Modo de bloqueo: el modo de bloqueo está marcado por una dramática
reducción en la velocidad de la turbina a aproximadamente 500 -700 rpm. El
aerogenerador entrará modo de parada cuando se detecta una velocidad del viento
de 35 mph (15,6 km / s), y permanecerá en el puesto de modo hasta que la
velocidad cae a 32 mph (14 m / s). Si se detecta una velocidad del viento de 50
mph (22 m / s), la turbina se apagará por completo durante 5 minutos.
135
Anexo O Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del aerogenerador. 1/10
Siete – Mantenimiento
A pesar de su aerogenerador ha sido diseñado para funcionar durante largos
períodos con salida requiere ningún tipo de mantenimiento, la fiabilidad y el
rendimiento será mayor si usted inspeccionar periódicamente su sistema.
PRECAUCIÓN: Nunca se acerque a la turbina durante el
funcionamiento.
Después de un mes y posteriormente cada seis meses:
• Revise las cuchillas para chips o mellas. Cambie las cuchillas si están dañadas.
No haga funcionar la turbina con álabes astillados o desequilibradas. Esto puede
causar un severo desgaste, daños, y un posible fracaso. No instale cuchillas
individuales. Las palas están equilibrados como conjuntos.
• Revise los pernos de las cuchillas y la tuerca del cubo de estanqueidad.
• Compruebe si hay grietas ojiva y un ajuste adecuado.
• Lavar cualquier suciedad o residuos acumulada de las cuchillas.
• Revise todas las conexiones eléctricas para asegurarse el apriete.
• Comprobar su persistencia secular de agua de la batería y añadir agua destilada
de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.
• Se aconseja la sustitución de las cuchillas y los cojinetes cada cinco años para
un rendimiento óptimo.
Ocho - Resolución de problemas
PRUEBAS:
1) Intento de girar rápidamente el eje del rotor con los dedos mientras que
conectar y desconectar los cables rojo y verde (turbina no debe estar conectado a
las baterías). Una segunda persona puede ser útil para realizar esta prueba.
2) Con los cables rojo y verde conectados el uno al otro, el eje debe ser más
difícil de girar. Vuelva a colocar la tuerca del buje del rotor en el eje del rotor.
Con los cables desconectados guiñadas que debe girar libremente. Rotar el eje
rápidamente hace diferencia más fácil detectar.
136
Anexo P Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del módulo fotovoltaico. 1/1
Modulo 100Watt RNG-100D
Realizado por: Wilson Tocte.
Mensaje de seguridad.
PELIGRO
ATENCIÓN, PRECAUCIÓN.
La no observancia de los mensajes de seguridad acompañados del término
“PELIGRO” puede derivar en una situación de peligro inminente o potencial. Es
imprescindible para un funcionamiento seguro del módulo leer detenidamente y
cumplir todas las indicaciones de seguridad recogidas en el presente manual.
137
Anexo P Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del módulo fotovoltaico. 1/2
INSTALACIÓN
PRECAUCIÓN: Desembale el módulo en un entorno adecuado y con
las herramientas apropiadas. Los módulos deben mantenerse protegidos del agua
y de la humedad.
Advertencia
(1) No utilice espejos ni ningún tipo de lupa para concentrar la luz solar en el
módulo de manera artificial.
(2) No toque los conectores con las manos descubiertas. Utilice herramientas
aislantes al realizar trabajos de electricidad.
(3) Aunque la superficie de cristal de los módulos es bastante duradera y capaz
de soportar presión, el cristal podría romperse (el módulo dejaría de funcionar
adecuadamente), si se cayera o si se golpeara con alguna herramienta o con algún
otro objeto contundente.
(4) Bajo determinadas condiciones, el módulo podría producir una corriente
eléctrica o una tensión superior a las medidas obtenidas en circunstancias
normales. Por consiguiente, los valores de Isc y de Voc señalados en este módulo
deberían multiplicarse por 1,25 a la hora de determinar la tensión nominal de los
componentes, la tensión nominal del conductor, las dimensiones de los fusibles y
el tamaño de los controles conectados a la salida fotovoltaica.
(5) Las labores de instalación del conjunto fotovoltaico deben llevarse a cabo
siempre bajo algún tipo de cubierta de protección contra la luz solar. Las labores
de instalación y mantenimiento de los módulos solo pueden ser realizados por
personal debidamente cualificado.
(6) Se debe realizar una inspección visual antes de la instalación para asegurarse
de que no existe ningún defecto en el empaquetado, en la caja de conexiones o en
la superficie del módulo.
(7) El usuario debe diseñar y seleccionar un soporte metálico para la instalación
que sea adecuado para soportar el peso de los módulos fotovoltaicos. Se deberán
elegir dichos soportes según el lugar destinado para la instalación.
138
Anexo P Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del módulo fotovoltaico. 1/3
Instalación mecánica
Sistema de montaje
Ajuste los tornillos a través de los orificios de montaje según se indica en el
siguiente esquema para sujetar el módulo. Si se utilizan todos los orificios de
montaje, se puede soportar una carga de hasta 5.400 Pa.
Sitúe los módulos sobre el marco y apriete los tornillos, una vez colocadas las
arandelas inferiores. No cubra los orificios de drenaje con otros elementos al
instalar los módulos. Ponga la caja de conexiones en la parte superior del módulo
para facilitar la correcta ubicación de los orificios de ventilación.
- No sujete la caja de conexiones ni los cables durante el proceso de instalación.
- En caso de instalar el módulo en un tejado, dicho tejado debe haberse
transformado en resistente al fuego previamente. No utilice los módulos cerca de
elementos o lugares que emanen gases inflamables.
- Si la instalación se realiza en un tejado, el conjunto fotovoltaico deberá cumplir
todos los requisitos establecidos por la normativa IEC 61730-2.
- El margen de temperatura ambiente de la ubicación no debe superar -40°C ~
+85°C.
- No conecte ni desconecte los módulos bajo carga.
- Si los módulos se instalan en el techo, el montaje de todo el sistema se debe
instalar a unos 20 cm del techo. La altura de separación recomendada es de 20
cm. La pendiente de instalación de la serie de PV debe ser de más de 5 pulg./pie
(127 mm/305 mm) cuando los módulos se instalan en el techo.
139
Anexo P Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del módulo fotovoltaico. 1/4
Fijación
Para la fijación de los módulos, pueden utilizarse las abrazaderas según se
muestra en el esquema que aparece a continuación. Las abrazaderas deben ser lo
suficientemente fuertes para sujetar los módulos (se recomienda el uso de acero
inoxidable) y su estructura no debe cubrir las células.
Se recomienda a los usuarios que utilicen un método de instalación como el que
se muestra en estas imágenes. Método de instalación con abrazaderas en la parte
corta del marco según se muestra a continuación:
Ilustración de la instalación del sistema de inserción
Todas las formas de montaje anteriores son adecuadas para montaje en el techo.
Y el módulo se considera en cumplimiento con UL 1703 solamente cuando el
módulo se monta de la forma especificada por las instrucciones de montaje
anteriores.
PRECAUCIÓN: Los módulos incluyen orificios de montaje, orificios de
drenaje y orificios de toma de tierra que han superado las pruebas de seguridad.
Los instaladores no deben taladrar ni bloquear orificios de drenaje al azar.
140
Anexo P Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del módulo fotovoltaico. 1/5
Instalación eléctrica
Instalación general
(1) Toma de tierra: Por razones de seguridad, todos los marcos de los módulos
deben estar preparados para toma de tierra. No se recomienda el uso de módulos
con diferentes configuraciones (toma de tierra, cableado) en el mismo sistema.
Las zonas de conexión entre los materiales del marco y la toma de tierra no deben
ocasionar corrosión galvánica.
(2) Cuando los módulos de un sistema fotovoltaico están conectados
normalmente en serie o en paralelo, recomendamos métodos sencillos de
conexión en serie o en paralelo según se muestra a continuación:
Conexión de módulos en serie:
Conexión de módulos en paralelo:
(3) Para conexiones de campo, use como mínimo alambres de cobre 12 AWG
(Alambre E300485 PV) aislados para un mínimo de 90° C. Se sugiere el uso de
conectores tipo hembra Tyco 0-1394462-4(-), conectores tipo macho 6-1394461-
2(+) o conectores MC4.
(4) El cable no se debe doblar ni aplastar en la salida directa de la junta roscada
del cable, incluidos el conector y la caja. Debe mantenerse un radio mínimo de
curvatura de R≥5×diámetro del cable. El cable se debe canalizar de tal manera
que no exista esfuerzo de tracción en el conductor ni en las conexiones. Consulte
las siguientes imágenes:
141
Anexo P Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del módulo fotovoltaico. 1/6
(5) El número máximo de módulos conectados en serie depende del diseño del
sistema, del tipo de inversor utilizado y de las condiciones ambientales. En
relación con el voltaje del sistema (1.000 V) de la normativa IEC, En condiciones
normales, es probable que un módulo PV experimente condiciones que producen
más corriente/tensión que las informadas en STC. En consecuencia, Isc y Voc se
deben multiplicar por 1,25.
ATENCIÓN: Los conectores tienen una temperatura superior límite de 90
°C y 100 °C.
Mantenimiento y cuidados
Se deben llevar a cabo las siguientes inspecciones de los módulos:
(1) Revise de manera regular la instalación mecánica del módulo. Compruebe la
correcta fijación del equipo de sujeción, además de que no existan señales de
corrosión u otros daños. Revise que los tornillos y tuercas no se hayan aflojado,
especialmente en las zonas expuestas a vientos fuertes o en caso de sacudidas
violentas. Asegúrese de que las sujeciones estén bien ajustadas y fíjelas
inmediatamente en los lugares donde se observe algún tipo de anomalía. Si las
condiciones lo permiten, los elementos metálicos que sujetan o fijan los módulos,
como tornillos y tuercas, deben protegerse contra la corrosión.
142
Anexo P Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del módulo fotovoltaico. 1/7
Se debe realizar una primera inspección 12 meses después de la instalación.
Posteriormente, deben llevarse a cabo inspecciones cada 5 años.
(2) Revise de manera regular el cableado eléctrico de los módulos para
comprobar la fiabilidad de los componentes del equipo y del sistema de toma de
tierra. Compruebe periódicamente que la resistencia de conexión a tierra sigue
alcanzando los niveles requeridos. En caso de que las conexiones no estén bien
sujetas, fíjelas mediante soldadura. Después de una tormenta eléctrica o antes de
la temporada de tormentas, compruebe que la caja de convergencia y los sistemas
de protección contra rayos funcionan de manera apropiada. En caso contrario,
sustitúyalos si fuera necesario.
(3) Verifique que los cables, conectores y juntas no presentan fugas. En caso de
existir, procure subsanarlas cuanto antes para evitar corrientes de fuga
ocasionadas por lluvia o nieve. Siempre que se revise el cableado, el personal
debe utilizar equipamiento aislante (herramientas, guantes, etc.) y debe evitar
tocar las partes expuestas de los conectores o las juntas con las manos desnudas.
Compruebe que no haya piezas sueltas de los conectores y fíjelas si fuera
necesario para garantizar un contacto óptimo. Limpie el polvo del equipo
periódicamente.
(4) Si observa que el módulo necesita reparación, deberá cubrir la superficie con
tela u otro material. Existe riesgo de alto voltaje si recibe luz solar directa.
PRECAUCIÓN: Si observa la existencia de conectores sueltos, póngase
en contacto con profesionales que puedan llevar a cabo el mantenimiento y los
cuidados necesarios.
Limpieza del módulo
El exceso de suciedad y polvo acumulados en la superficie de cristal del módulo
puede reducir su rendimiento. Se recomienda realizar limpiezas periódicas de los
módulos FV, especialmente en las épocas en las que no ofrezcan el rendimiento
esperado.
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Anexo P Tema: Manual de instalación, operación y mantenimiento
del módulo fotovoltaico. 1/8
Compruebe que la superficie de cristal del módulo no tenga fisuras ni daños antes
de su limpieza. Si observa la existencia de grietas, absténgase de limpiarlo. Debe
ponerse en contacto con el instalador o las personas encargadas de su
mantenimiento. No use joyas ni reloj mientras realiza las tareas de limpieza. Use
un paño limpio para eliminar el polvo o la suciedad de la superficie. En caso de
existir suciedad difícil de eliminar, primero se puede emplear agua limpia para
humedecerla y después una gamuza para secar el agua con cuidado. No utilice
herramientas pesadas ni productos corrosivos para la limpieza, ya que podría
rayar la superficie del módulo y disminuir la eficacia de la transmisión de la luz.
La limpieza debe realizarse en un momento del día sin luz solar o antes del
anochecer. Se debe evitar llevar a cabo la limpieza a plena luz del día. La
utilización de agua fría para limpiar un módulo FV calentado por la luz solar
puede ocasionar grietas en la cubierta de cristal de dicho módulo.
PELIGRO: Un único módulo puede generar más de 30 V CC cuando su
parte frontal se encuentra expuesta directamente a la luz solar. Si los módulos
están conectados en serie, el voltaje total es igual a la suma de los voltajes
parciales de cada módulo. Si los módulos están conectados en paralelo, la
corriente total es igual a la suma de las corrientes parciales de cada módulo. Por
tanto, debe evitarse el contacto directo después de instalar un gran número de
módulos en serie o en paralelo, para prevenir descargas eléctricas.
